Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln und Koordinieren von Verdampfungsvorgängen in den einzelnen Stufen eines Mehrstufenverdampfers, welche in gegenseitiger Abhängigkeit stehen.
Für das Eindampfen von Meerwasser, bei Meerwasser-Entsalzungsanlagen, Eindicken von Fruchtsäften, Milch und dgl. sowie in Chemieprozessen, z.B. Konzentrierung von Natronlauge, dienen bekanntlich Mehrstufenverdampfer. In diesen müssen die einzelnen Stufen auf Konstanthaltung des Druckes und damit der Temperatur der zu behandelnden Lösung vorgesehen werden, was meist mittels entsprechender Vakuumpumpen und Ventilen erfolgt. Dies bedingt teure und komplizierte Einrichtungen an den Mehrstufenverdampfern sowie vielfach zwecks genauer Einhaltung der Werte eine entsprechende Regulierapparatur.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens und einer entsprechenden Vorrichtung, um dieses Problem auf einfachere und damit billigere und betriebssicherere Art zu lösen.
In diesem Sinne zeichnet sich das erfindungsgemässe Verfahren nach dem Inhalt des Anspruchs 1 aus.
Die Erfindung wird anschliessend beispielsweise anhand einer Zeichnung erläutert.
Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Sechsstufen-Eindampfanlage mit den hauptsächlichsten Betriebselementen,
Fig. 2 bis 4 drei unterschiedliche Ausführungsarten der erfindungsgemässen Vorrichtung zum Einbau in eine Mehrstufen-Eindampfanlage, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.
Fig. 5, 6 die gegenseitige Beeinflussung der Parameter in schematischer Darstellung.
In Fig. 1 ist eine Sechsstufen-Eindampfanlage 1 ersichtlich, mit einer Kolonnenwand 2 und den Stufen 3, 4, 5, 6, 7 und 8. Diese Stufen sind durch Stufenböden 9 voneinander getrennt. In jeder Stufe findet bei einer der Stufe entsprechenden Temperatur und dazugehörigem Sattdampfdruck eine Verdampfung der Flüssigkeit aus der Lösung statt. Diese verdampfte Flüssigkeit, normalerweise Wasserdampf, gelangt in einen Kondensator 10, wird dort kondensiert und fliesst durch Leitungen 11 in einen Sammelbehälter 12, von wo das Kondensat mittels einer Destillatpumpe 13 abgepumpt wird.
Die zu behandelnde Lösung wird mittels einer Pumpe (nicht dargestellt) durch einen Wärmetauscher 15 geschickt, wo die Lösung entsprechend auf die notwendige Temperatur erhitzt wird. Darauf wird sie dem Verdampfer zugeführt.
Eine Vakuumpumpe 18 hält den vorgesehenen Druck bzw. das Vakuum in der Eindampfanlage 1 aufrecht. Die Flüssigkeitsentleerung erfolgt mit Hilfe einer Flüssigkeitspumpe 19.
In den Fig. 2 bis 4 ist je ein Ausschnitt aus einer Stufe, hier der Stufe 4 mit dem Bezugszeichen 6 dargestellt. Das jeweils von der vorhergehenden Stufe abfliessende Produkt in Form einer mehr oder weniger konzentrierten Lösung, strömt von oben auf den Stufenboden 9. Dieser ist mit einem Ventilsitz und entsprechender Abflussöffnung 22 versehen, welche mittels eines Ventils 23, wie dargestellt, geöffnet bzw. geschlossen werden kann. Das Ventil 23 ist über ein Gestänge mit einem Schwimmer 24 verbunden.
In den Fig. 3 und 4 ist je eine entsprechende Führung 26 bzw. eine Führungsstange 30 vorgesehen, die der Führung des jeweiligen Schwimmers 27 bzw. 31 dient.
Die beschriebene Anlage wird wie folgt betrieben:
Die zu behandelnde Lösung bzw. Suspension gelangt in die erste Stufe des Eindampfers. Entsprechend dem vorhandenen Druck verdampft ein Teil des Lösungsmittels. Dessen Brüden strömen in den Kondensator 10, wo sie verflüssigt werden und anschliessend durch die Leitung 11 in den Sammelbehälter 12 gelangen.
Entspricht nun die Temperatur des zu behandelnden Gutes bei konstantem Flüssigkeits-Zulaufvolumen nicht dem vorhandenen Druck, indem diese Temperatur beispielsweise höher ist als die Sattdampftemperatur bei diesem Druck, verdampft massenbezogen eine Menge, welche grösser ist als die zugeführte Flüssigkeitsmenge, vermindert um die Bodenöffnung 22 abfliessende Flüssigkeitsmenge. Das Niveau der Flüssigkeitsmenge auf dem Stufenboden 9 sinkt ab.
Damit schliesst das Ventil 23 die Bodenabflussöffnung 22. Der Unterdruck resp. Verdampfungsdruck über dem Boden steigt infolge unterbundener Evakuierung durch die Bodenabflussöffnung 22; die Verdampfungsmenge wird dadurch reduziert, und so steigt auch wieder das Niveau der Flüssigkeit auf dem Boden. Der Reguliervorgang beginnt wieder von vorn und setzt sich zyklisch fort, bis wieder ein stationäres Betriebsverhalten erreicht ist.
Bei konstanter Zulauftemperatur, aber beispielsweise zu grosser Flüssigkeits-Zulaufmenge, steigt das Flüssigkeitsniveau auf dem Boden; das Ventil 23 öffnet sich; der Verdampfungsdruck nimmt infolge erhöhter Evakuierung ab und somit steigt die Verdampfungsmenge wieder an. Diese Vorgänge wiederholen sich.
Die auf diese Art und Weise voneinander abhängigen Parameter und die Folge von deren Änderung sind in den Fig. 5 und 6 dargestellt.
Die zu diesen Figuren gehörenden Zeichen sind, pro Verdampferstufe betrachtet, die folgenden:
Tzu = Flüssigkeitszulauftemperatur
Qverd = Verdampfungsmenge
Niveau= Flüssigkeitsniveau der Stufe
Ventil= niveaugesteuertes Bodenablaufventil
Verd. Druck = Verdampfungsdruck in der Stufe
Qverd = Verdampfungsmenge in der Stufe
In den Fig. 3 und 4 sind Vorrichtungen ersichtlich, welche grundsätzlich gleich arbeiten.
Damit wird auf einfachste Art und Weise eine Regulierung der Verdampfungsmenge in relativ engen Grenzen erreicht, wobei durch dieses Vorgehen auf einfache Weise die entsprechenden Verdampfungstemperaturen bzw. Drücke eingestellt werden.
The present invention relates to a method and a device for regulating and coordinating evaporation processes in the individual stages of a multi-stage evaporator, which are mutually dependent.
For evaporation of sea water, in sea water desalination plants, thickening of fruit juices, milk and the like, as well as in chemical processes, e.g. Concentration of sodium hydroxide solution is known to serve multi-stage evaporators. In these, the individual steps must be provided to keep the pressure and thus the temperature of the solution to be treated constant, which is usually done by means of appropriate vacuum pumps and valves. This requires expensive and complicated equipment on the multi-stage evaporators and, in many cases, a corresponding regulating apparatus in order to precisely adhere to the values.
The present invention aims to provide a method and a corresponding device to solve this problem in a simpler and therefore cheaper and more reliable manner.
In this sense, the method according to the invention is characterized in accordance with the content of claim 1.
The invention is subsequently explained, for example, using a drawing.
In a purely schematic representation:
1 is a six-stage evaporation plant with the main operating elements,
Fig. 2 to 4 three different types of embodiment of the device according to the invention for installation in a multi-stage evaporation system, as shown in Fig. 1.
5, 6, the mutual influence of the parameters in a schematic representation.
1 shows a six-stage evaporation plant 1 with a column wall 2 and stages 3, 4, 5, 6, 7 and 8. These stages are separated from one another by step trays 9. In each stage, the liquid is evaporated from the solution at a temperature corresponding to the stage and the associated saturated vapor pressure. This evaporated liquid, normally water vapor, reaches a condenser 10, is condensed there and flows through lines 11 into a collecting container 12, from where the condensate is pumped off by means of a distillate pump 13.
The solution to be treated is sent by a pump (not shown) through a heat exchanger 15, where the solution is heated to the required temperature. Then it is fed to the evaporator.
A vacuum pump 18 maintains the intended pressure or the vacuum in the evaporation system 1. The liquid is emptied with the aid of a liquid pump 19.
2 to 4 each show a section of a stage, here stage 4 with reference number 6. The product flowing off from the previous step in the form of a more or less concentrated solution flows from above onto the step bottom 9. This is provided with a valve seat and corresponding drain opening 22, which are opened or closed by means of a valve 23, as shown can. The valve 23 is connected to a float 24 via a linkage.
3 and 4, a corresponding guide 26 or a guide rod 30 is provided, which serves to guide the respective float 27 or 31.
The system described is operated as follows:
The solution or suspension to be treated reaches the first stage of the evaporator. A part of the solvent evaporates according to the existing pressure. Its vapors flow into the condenser 10, where they are liquefied and then reach the collecting container 12 through the line 11.
If the temperature of the material to be treated does not correspond to the existing pressure with a constant liquid inlet volume, for example, this temperature is higher than the saturated steam temperature at this pressure, a quantity that is greater than the quantity of liquid supplied, evaporated by the bottom opening 22, evaporates Amount of liquid. The level of the amount of liquid on the step floor 9 drops.
Thus, the valve 23 closes the bottom drain opening 22. The negative pressure, respectively. Evaporation pressure above the floor increases as a result of prevented evacuation through the floor drain opening 22; this reduces the amount of evaporation and the level of the liquid on the floor rises again. The regulation process starts again and continues cyclically until steady-state operating behavior is achieved again.
If the inlet temperature is constant, but for example too much liquid is added, the liquid level on the floor increases; valve 23 opens; the evaporation pressure decreases due to increased evacuation and thus the amount of evaporation increases again. These processes are repeated.
The parameters which are dependent on one another in this way and the sequence of their change are shown in FIGS. 5 and 6.
The characters belonging to these figures, viewed per evaporator level, are the following:
Tzu = liquid inlet temperature
Qverd = amount of evaporation
Level = liquid level of the level
Valve = level-controlled floor drain valve
Verd. Pressure = evaporation pressure in the stage
Qverd = amount of evaporation in the stage
3 and 4, devices can be seen which basically work the same.
This allows the evaporation quantity to be regulated within relatively narrow limits in the simplest manner, the corresponding evaporation temperatures or pressures being set in a simple manner by this procedure.