Verfahren und Einrichtung zur Eindampfung einer Lösung
Das Patent betrifft sowohl ein Verfahren zur Eindampfung einer Lösung durch Mehrfacheffekt als auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Es wird dabei bezweckt, ein wirtschaftliches Verfahren zu schaffen mit der Möglichkeit, Brüdendampf für weitere Zwecke als Heizdampf zu verwenden. Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Brüdendampf der niedrigsten Temperaturstufe in einem Kompressor komprimiert und in einem der Verdampfer, in welchem die entstehenden Brüden unter einem Druck von mindestens 1,5 ata anfallen, als Heizdampf verwendet wird.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung nach der Erfindung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vereinfacht dargestellt. Das Verfahren wird dabei ebenfalls beispielsweise erläutert.
Die dargestellte Einrichtung umfasst sechs nacheinander von der einzudampfenden Lösung durchflossene Verdampfer 1 bis 6. Bei der Lösung handelt es sich hierbei in erster Linie um zu konzentrierende Sulfitablauge. Wird Rohlauge konzentriert, so strömt diese durch eine Leitung 7 zu und gelangt hernach über eine Leitung 8, einen Vorwärmer 9 und eine Leitung 10 in den Verdampfer 1.
Die dargestellte Anlage kann aber auch für die Konzentration von Schlempe aus einer Alkohol-Destillierkolonne 11 verwendet werden. Die vergorene Ablauge tritt dann durch eine Leitung 12 in die Destillierkolonne 11 ein. Die alkoholhaltigen Brüden verlassen die Kolonne 11 durch eine Leitung 13, und die Schlempe wird dann von der Kolonne 11 über eine Leitung 14, die Leitung 8, den Vorwärmer 9 und die Leitung 10 dem Verdampfer 1 zugeführt.
Für die Überleitung der zu konzentrierenden Lösung von einem Verdampfer in den jeweils nächstfolgenden sind Leitungen 15, 16, 17, 18 und 19 vorgesehen. In die Leitung 17 ist ein Wärmeaustauscher 20 eingeschaltet. Die konzentrierte Lauge verlässt den Verdampfer 6 durch eine Leitung 21, gelangt in einen Entspanner 22 und fliesst durch eine Leitung 23 aus der Einrichtung ab.
Durch eine Leitung 24 wird einer Gegendruckdampfturbine 25 Frischdampf zugeführt. Der Abdampf dieser Turbine 25 wird teilweise über eine Leitung 26 dem letzten Verdampfer 6 als Heizdampf zugeleitet. In diesem Verdampfer 6 findet die Verdampfung beispielsweise bei einer Temperatur von 1450 C statt. Die von der Lauge entweichenden Brüden werden über eine Leitung 27 dem Verdampfer 5 als Heizdampf zugeführt. Hier erfolgt die Verdampfung der Lauge beispielsweise bei 1350 C. Die im Verdampfer 5 entstehenden Brüden werden weiter über eine Leitung 28 dem Verdampfer 4 als Heizdampf zugeleitet, in welchem die Lauge beispielsweise bei einer Temperatur von 1250 C verdampft. Die in diesem Verdampfer 4 entstehenden Brüden können durch eine Leitung 29 abgeführt und teilweise dem Verdampfer 2 als Heizdampf zugeleitet werden.
Hier findet die Verdampfung bei beispielsweise 1150 C statt, und die von der Lauge aus diesem Verdampfer 2 entweichenden Brüden werden weiter über eine Leitung 30 dem Verdampfer 3 als Heizdampf zugeleitet. In diesem Verdampfer 3 erfolgt die Verdampfung der Lauge beispielsweise bei 1030 C.
Der Verdampfer 3 bildet die niedrigste Temperaturstufe der mehrstufigen Verdampfung.
Zur Einrichtung gehört ferner ein Kompressor 31, welcher durch die Turbine 25 angetrieben wird. Dieser Kompressor 31 steht eintrittseitig über Leitungen 32 und 33 mit dem Brüdendampfraum des Verdampfers 3 in VerbindUng. Zwischen die Leitungen 32 und 33 ist ein Brüdenwäscher 34 geschaltet. Der Brüdendampf des Verdampfers 3, also der niedrig sten Temperaturstufe der mehrstufigen Verdampfung, wird nach Durchlaufen des Wäschers 34 im Kompressor 31 komprimiert und darauf über eine Leitung 35 dem Verdampfer 1 zugeführt und dort als Heizdampf verwendet. Im Kompressor 31 wird dabei die Verdichtung des Dampfes so weit geführt, dass die Endtemperatur des verdichteten Dampfes genügt, um im Verdampfer 1 eine Verdampfung der zugeführten Lauge bei einer Temperatur von beispielsweise 1330 C sicherzustellen.
In diesem Verdampfer 1 fallen dann die entstehenden Brüden unter einem 1,5 ata übersteigenden Druck an. Sie werden durch eine Leitung 36 abgeführt und können in diesem Zustande noch in beliebiger Weise als Heizdampf verwendet werden. Insbesondere ist eine von der Leitung 36 abzweigende Leitung 37 vorgesehen, durch welche die vom Verdampfer 1 abgehenden Brüden der Alkohol-Destillierkolonne 11 als Heizdampf zugeführt werden können.
Das bei der Beheizung des Verdampfers 6 entstehende Kondensat wird über eine Leitung 38 einem Kondensatentspanner 39 zugeführt und von dort durch eine Leitung 40 abgezogen. Der im Entspanner 39 entstehende Dampf wird über eine Leitung 41 an einer Stelle 42 in die Leitung 33 übergeführt und dort mit den dem Kompressor 31 zuströmenden Brüden vereinigt. Eine von der Leitung 26 abzweigende Leitung 43 führt ferner einen Teil des Ab dampfes der Turbine 25 in den Wärmeaustauscher 20, in welchem dieser Dampf zur Aufheizung der vom Verdampfer 3 in den Verdampfer 4 überströmenden Lauge verwendet wird. Das dabei entstehende Kondensat wird durch eine Leitung 44 ebenfalls in den Entspanner 39 geführt.
Das bei der Beheizung des Verdampfers 3 durch die Brüden des Verdampfers 2 entstehende Kondensat wird ferner über eine Leitung 45 dem Vorwärmer 9 zugeführt, um dort die dem Verdampfer 1 zuströmende Lauge vorzuwärmen.
Die dargestellte Anlage umfasst ferner noch Einrichtungen zur Gewinnung von Furfurol aus den in der Sulfitablauge enthaltenen Pentosen. Zu diesem Zwecke wird über eine Leitung 46, welche sich in drei zu den Leitungen 17, 18 und 19 führende Äste 47, 48 bzw. 49 verzweigt, der zu konzentrierenden Lauge jeweiis vor dem Eintritt in die Verdampfer 4, 5 und 6 Säure beigemengt. Die Säurezugabe bewirkt bei den in diesen Verdampfern 4, 5 und 6 herrschenden Temperaturen eine Umsetzung der Pentosen in Furfurol. Die diesen Verdampfern 4, 5 und 6 entströmenden Brüden sind daher furfurolhaltig. Das Furfurol wird durch Destillation in einer Destillierkolonne 50 gewonnen.
Das bei der Beheizung des Verdampfers 5 durch die Brüden des Verdampfers 6 entstehende Kondensat wird über eine Leitung 51 mit dem bei der Beheizung des Verdampfers 4 durch die Brüden des Verdampfers 5 entstehenden Kondensat vereinigt. Das gesamte furfurolhaltige Kondensat wird sodann über eine Leitung 52 an einer Stelle 53 der Destillierkolonne 50 zugeführt. Ferner wird ein Teil der den Verdampfer 4 verlassenden, furfurolhaltigen Brüden durch eine Leitung 54 von der Leitung 29 abgezweigt und an einer Stelle 55 der Destillierkolonne 50 zugeführt. Zur Beheizung der Destillierkolonne 50 werden ebenfalls dem Verdampfer 1 entströmende Brüden verwendet. Diese werden der Destillierkolonne 50 durch eine von der Leitung 36 abgehende Zweigleitung 56 an einer Stelle 57 zugeführt.
Im weiteren ist auch noch eine Beheizung der Destillierkolonne 50 durch Abdampf der Turbine 25 vorgesehen, welcher durch eine von der Leitung 43 abzweigende Leitung 58 zuströmt.
Das bei der Beheizung des Verdampfers 1 entstehende Kondensat wird durch eine Leitung 59 mit dem bei der Beheizung des Verdampfers 2 entstehenden Kondensat vereinigt. Erfolgt die Beheizung des letztgenannten Verdampfers 2 durch dem Verdampfer 4 entströmende Brüden, so ist das Kondensat furfurolhaltig. Dieses Kondensat wird durch eine Pumpe 60 in eine Leitung 61 gefördert und hernach mit dem durch die Leitung 52 der Furfurol Destillierkolonne 50 zuströmenden Kondensat vereinigt.
Eine Leitung 62 gestattet ferner, den Verdampfer 2 statt durch vom Verdampfer 4 herkommende Brüden durch solche des Verdampfers 1 zu beheizen.
Das in der Destillierkolonne 50 gewonnene Furfurol wird durch eine Leitung 63 abgeführt. Eine Leitung 64 gestattet ferner, einen Teil der durch die Leitung 23 abfliessenden konzentrierten Lauge der durch die Leitung 8 zufliessenden Dünnlauge beizumengen.
Statt, wie gezeigt, den Brüdenkompressor 31 durch eine Oegendruckdampfturbine anzutreiben, kann auch ein Antrieb durch einen Elektromotor vorgesehen werden. In diesem Falle muss aber doch noch Frischdampf von genügend hohem Druck zur Verfügung stehen, um den Verdampfer 6 auf die erforderliche Temperatur aufheizen zu können.
Bei der beschriebenen Anlage wird durch Koppelung einer mehrstufigen Verdampfung mit einer Brüdenkompression ein Betrieb der Eindampfanlage mit Dampf höheren Druckes, z. B. 40 ata oder mehr, bei möglichst geringem Dampfverbrauch erreicht, wobei aber doch noch aus dem Verdampfer 1 ein Brüdendampf mit hinreichendem Druck anfällt, um für weitere Betriebe, z. B. Alkoholdestillation, Furfuroldestillation oder Warmwasserherstellung, verwendet werden zu können.
Method and device for evaporation of a solution
The patent relates both to a method for evaporation of a solution through multiple effects and to a device for carrying out the method. The aim is to create an economical process with the possibility of using exhaust steam for other purposes as heating steam. The method according to the invention is characterized in that the exhaust vapor of the lowest temperature level is compressed in a compressor and used as heating steam in one of the evaporators, in which the resulting vapors are produced under a pressure of at least 1.5 ata.
In the drawing, an embodiment of a device according to the invention for carrying out the method according to the invention is shown in simplified form. The method is also explained, for example.
The device shown comprises six evaporators 1 to 6 through which the solution to be evaporated flows in succession. The solution here is primarily a sulfite waste liquor to be concentrated. If raw liquor is concentrated, it flows in through a line 7 and then passes through a line 8, a preheater 9 and a line 10 into the evaporator 1.
The system shown can also be used for the concentration of stillage from an alcohol distillation column 11. The fermented waste liquor then enters the distillation column 11 through a line 12. The alcohol-containing vapors leave the column 11 through a line 13, and the stillage is then fed from the column 11 via a line 14, the line 8, the preheater 9 and the line 10 to the evaporator 1.
Lines 15, 16, 17, 18 and 19 are provided for transferring the solution to be concentrated from one evaporator to the next following one. A heat exchanger 20 is connected in line 17. The concentrated lye leaves the evaporator 6 through a line 21, arrives in an expander 22 and flows out of the device through a line 23.
Live steam is fed through a line 24 to a back pressure steam turbine 25. The exhaust steam from this turbine 25 is partially fed via a line 26 to the last evaporator 6 as heating steam. In this evaporator 6, the evaporation takes place at a temperature of 1450 C, for example. The vapors escaping from the lye are fed via a line 27 to the evaporator 5 as heating steam. Here, the lye is evaporated, for example at 1350 ° C. The vapors produced in the evaporator 5 are passed on via a line 28 to the evaporator 4 as heating steam, in which the lye evaporates, for example, at a temperature of 1250 ° C. The vapors produced in this evaporator 4 can be discharged through a line 29 and partially fed to the evaporator 2 as heating steam.
Here, the evaporation takes place at, for example, 1150 C, and the vapors escaping from the liquor from this evaporator 2 are passed on to the evaporator 3 as heating steam via a line 30. In this evaporator 3, the lye is evaporated, for example at 1030 C.
The evaporator 3 forms the lowest temperature level of the multi-stage evaporation.
The device also includes a compressor 31, which is driven by the turbine 25. This compressor 31 is connected on the inlet side via lines 32 and 33 to the vapor space of the evaporator 3. A vapor scrubber 34 is connected between the lines 32 and 33. The exhaust vapor of the evaporator 3, ie the lowest temperature level of the multi-stage evaporation, is compressed after passing through the washer 34 in the compressor 31 and then fed via a line 35 to the evaporator 1 and used there as heating steam. In the compressor 31, the compression of the steam is carried out so far that the final temperature of the compressed steam is sufficient to ensure that the supplied liquor is evaporated in the evaporator 1 at a temperature of 1330 ° C., for example.
In this evaporator 1, the resulting vapors then fall under a pressure exceeding 1.5 ata. They are discharged through a line 36 and in this state can still be used as heating steam in any way. In particular, a line 37 branching off from the line 36 is provided, through which the vapors leaving the evaporator 1 can be fed to the alcohol distillation column 11 as heating steam.
The condensate formed when the evaporator 6 is heated is fed via a line 38 to a condensate flash 39 and drawn off from there through a line 40. The steam generated in the expander 39 is transferred via a line 41 at a point 42 into the line 33 and there combined with the vapors flowing into the compressor 31. A branching line 43 from the line 26 also leads part of the steam from the turbine 25 into the heat exchanger 20, in which this steam is used to heat the liquor flowing over from the evaporator 3 into the evaporator 4. The resulting condensate is also fed into the expander 39 through a line 44.
The condensate formed when the evaporator 3 is heated by the vapors from the evaporator 2 is also fed via a line 45 to the preheater 9 in order to preheat the liquor flowing into the evaporator 1 there.
The plant shown also includes devices for the extraction of furfural from the pentoses contained in the sulphite waste liquor. For this purpose, acid is added to the lye to be concentrated via a line 46, which branches into three branches 47, 48 and 49 leading to lines 17, 18 and 19, before entering the evaporators 4, 5 and 6. The addition of acid causes the pentoses to be converted into furfural at the temperatures prevailing in these evaporators 4, 5 and 6. The vapors flowing out of these evaporators 4, 5 and 6 therefore contain furfural oil. The furfural is obtained by distillation in a distillation column 50.
The condensate produced when the evaporator 5 is heated by the vapors from the evaporator 6 is combined via a line 51 with the condensate produced by the vapors from the evaporator 5 when the evaporator 4 is heated. The entire furfural-containing condensate is then fed to the distillation column 50 via a line 52 at a point 53. Furthermore, part of the furfural-containing vapors leaving the evaporator 4 is branched off from the line 29 through a line 54 and fed to the distillation column 50 at a point 55. To heat the distillation column 50, vapors flowing out of the evaporator 1 are also used. These are fed to the distillation column 50 through a branch line 56 leaving the line 36 at a point 57.
In addition, the distillation column 50 is also heated by the exhaust steam from the turbine 25, which flows in through a line 58 branching off from the line 43.
The condensate formed when the evaporator 1 is heated is combined by a line 59 with the condensate formed when the evaporator 2 is heated. If the last-mentioned evaporator 2 is heated by vapors flowing out of the evaporator 4, the condensate contains furfurol. This condensate is conveyed by a pump 60 into a line 61 and then combined with the condensate flowing in through the line 52 of the furfural distillation column 50.
A line 62 also allows the evaporator 2 to be heated by vapors from the evaporator 1 instead of by vapors coming from the evaporator 4.
The furfural obtained in the distillation column 50 is discharged through a line 63. A line 64 also allows a portion of the concentrated liquor flowing out through the line 23 to be added to the thin liquor flowing in through the line 8.
Instead of driving the vapor compressor 31 by an open-pressure steam turbine, as shown, a drive by an electric motor can also be provided. In this case, however, live steam of sufficiently high pressure must still be available in order to be able to heat the evaporator 6 to the required temperature.
In the system described, by coupling a multi-stage evaporation with vapor compression, an operation of the evaporation plant with higher pressure steam, z. B. 40 ATA or more, achieved with the lowest possible steam consumption, but still from the evaporator 1, a vapor with sufficient pressure to be used for other operations, such. B. alcohol distillation, furfural distillation or hot water production can be used.