CS228124B2 - Device for the vaporization and for the water recovery from water solutions - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro odpařování a případně zpětného získávání vody z vodných roztoků, sestávající - z nádrže vodného roztoku a vedlejšího Oddělení, tepelného čerpadla s ' kompresorem, ventilátoru a čerpadla vodného roztoku, přičemž jednotlivé prvky jsou spojeny potrubími.

V mnoha případech je požadováno, aby se podíl vody v kapalině snížil nebo také zcela odstranil. Mnohdy stojí při tom získávání vody v popředí, převážně je však zájem o zbývající zbytkovou kapalinu. Zde vznikal obzvláště v oblasiti zpětného získávání cenných látek úkol, odstranit vodu z kapaliny, která -tyto· cenné látky obsahuje.

Například se usiluje v technice galvanizování, aby se z vody používané při oplachování získaly zpět cenné látky. K tomuto účelu je zapotřebí, -aby se cenné látky -od vody oddělily, nebo aby se podíl vody tak dalece snížil, že při zpětném vedení do aktivační lázně není přidávané množství vody větší, melž jsou například ztráty vody, nadávající odpařením povrchu -lázně. Při zpětném získávání kovů z oplachovacích lázní elektrolytickou cestou se dá zpětné získávání provádět hospodárně teprve po zahuštění roztoku.

Použití tohoto způsobu přináší vedle hospodárnosti zpětného získávání též tu výho2 du, že nenastávají žádné náklady na čištění odpadní vody, popřípadě odstraňování jedů z ní.

U aktivačních lázní, které pracují při teplotách asi 60 °C a více, je možné při použití vhodných oplachováních technik, jako je například vícenásobné kaskádovité -oplachování máčením nebo vícefázové postřikovači oplachování, vést celkové, relativně nepatrné množství vody zpět do lázně, neboť na jejím povrchu se -odpaří odpovídající velké množství vody.

Když -naproti tomu pracuje aktivační lázeň při nižších pracovních teplotách, není zpětné vedení oplachovací vody možné, neboť potom by -objem lázně neustále přibýval/

Se zřetelem na zpětné získávání cenných látek a na šetření nákladů na zpracování vznikající odpadní vody je potom v mnoha případech hospodárně odpařit nebo· vypařit odpovídající podíl vody z potřebného objemu oplachové vody za pomoci separátních zařízení.

V mnoha -případech vzniká při procesech probíhajících v aktivačních lázních přebytečné teplo, které -se tak jako tak musí odvádět. Toto je případ různých elektrolytických postupů ve vodných roztocích. Zde je možné kombinovat chlazení lázně s odpaře228124 ním podílu vody, což potom, umožňuje zpětné vedení oplachové vody, obsahující cenné látky, viz DE-AS 19 62 249.

Pokud se ovšem· řeší úkol, oddělit vodu z kapaliny při nižší úrovni teploty bez toho, že by byla k dispoz’ci energie z vlastního procesu, ztrácí se při dosud běžných způsobech energie využívaná pro odpařování nebo vypařování. Z tohoto vznikají vysoké náklady pro potřebná zařízení a pro dosažení potřebných teplot pro odpařování za atmosférického .tlaku, přičemž tyto teploty · se sice mohou snížit tím, že se sníží tlak nad kapalinou, ovšem tím se opět zvýší náklady na přístrojové vybavení vakuového odpařování. Tímto způsobem se také tedy nedosáhne hospodárnosti procesu.

Při využití odpařovacího principu jsou zapotřebí větší množství vzduchu, která jsou s to při stavu, ve kterém se nachází, dodatečně vlhkost pojmou. Vzhledem k tomu, že atmosférický vzduch se často vyskytuje ve formě, která je vlhkostí nasycená, musí se například zahřátím, vzduchu vytvořit podmínky, aby se mohla další vlhkost pojmout a.'odtransportovat. Také zde se ztrácí vynaložená energie a vzniklé náklady v mnoha případech znemožňují využití způsobu. Další podstatnou nevýhodu 'takového vzduchového odpařování představuje často chemická reakce, například tvorba uhličitanů, mezi složkami vzduchu, například kysličníkem uhličitým a součástmi zahušťovaného roztoku.

Bylo také již navrženo, nevypouštět vlhkostí nasycený vzduch přímo do atmosféryť nýbrž vést jej přes kondenzátor, čímž se potom zpětně získá voda v čisté formě a , může se vést rovněž znovu k použití, viz DE-Os 26 56 103. Přitom sice přechází latentní teplo obsažené ve ' vlhkosti na kondenzátor, dosahuje se však nízké úrovně teploty, která neumožňuje další využití pomocí běžných metod. Kromě zpětného získání vody nepřináší zařazení kondenzátoru žádné výhody.

Pro tento provoz jsou většinou ještě potřebné chladicí přístroje, neboť běžnou studenou vodou nejsou dosažitelné 'teploty nutné pro' kondenzaci vlhkosti ze vzduchu.

Úkolem vynálezu je tedy uvedené nevýhody odstranit a umo^i^it ' vedle odstranění a popřípadě zpětného, získání vody a ostatních cenných látek z vodných roztoků pokud možno úplné zpětné získání vložené energie.

Tento úkol je u zařízení pro odpařování a případně zpětného získávání vody z vodných roztoků, sestávající z nádrže vodného roztoku a vedlejšího oddělení, tepelného čerpadla s kompresorem, ventilátoru a čerpadla vodného roztoku, přičemž jednotlivé prvky jsou spojeny potrubími, podle vynálezu řešen tím, že nad nádrží vodného roztoku je v kanálu s ventilátorem uspořádáno chladicí ústrojí, tvořené například konden zátorem a: nad vedlejším oddělením j'e uspořádán odpařovák tepelného čerpadla.

Význakem vynálezu rovněž je, 'že za ventilátorem je uspořádaná promývačka.

Pod pojmem vodné roztoky se ' rozumí veškeré vodné roztoky solí a/nebo cukerné roztoky a vodou zředěné kyseliny a zásady. K tomu patří také například ' mořská voda a lázně z postupů galvanického, a/nebo chemického povrchového opracování, například. mořicí lázně, jako je zředěná kyselina sírová.

Chladicím zařízením· podle vynálezu může býft například na trhu běžný odpařovák kompresního chladicího zařízení. Odpařovák odebírá při výhodné teplotě odpařování asi +5 °C tepla z proudu plynu, výhodně vzduchu, čímž se kapalný chladicí prostředek zcela odpaří. Vždy podle toho, zda je odpařovák s chladicím činidlem ostřikován přímo, nebo přes zařazené médium převádějící teplo, výhodně nemrznoucí vodu, jedná se o přímé nebo· nepřímé odpařování. Odpařovák, popřípadě plynový chladič, je výhodně vytvořen jako trubkový žebrový chladič. K bezvadnému rozptýlení chladicího prostředku v odpařováku slouží běžné vstřikovací ventily a rozptylovače. Střední rychlost páry v každé chladicí (trubce je výhodně v rozmezí 8 až 12 m/s.

Jako ohřívače plynu je. možno použít například kondensátory v provedení žebrovaných trubek kompresního chladicího zařízení. Volně vznikající tepelná energie při kondenzaci chladicího prostředku přechází na proud plynu. Zkapalněný chladicí prostředek se shromažďuje na dně kondenzátoru a přes expansní ventil se přivádí do odpařováku.

Rychlost plynu .před ohřívákem je výhodně v rozmezí 1,5 až 5,5 m/s.

Při rovněž možné nepřímé kondenzaci se provádí zařazení mezistupně přídavného přenosového oběhu například vodou.

Jako tepelná čerpadla, například tepelná kompresorová čerpadla, jsou vhodné běžné kompresory s ' chladicím .prostředkem typu pístových .kompresorů. Výhodně je možné použít ale také jiné typy, jako jsou rotační kompresory a/nebo turbokompresory. Chladicí kompresor nasává studenou páru z odpařováku, stlačuje ji na vyšší · teplotu a tlačí .páru do kondenzátoru.

Jako materiály pro· zhotovení jednotlivých prvků pro zařízení podle vynálezu, jako jsou .například chladicí ústrojí, promývačky, odlučovač kapek, ohřívač plynu . .a nádrž vodného roztoku, jsou použitelné běžné materiály, pokud jsou odolné vůči vodným roztokům, plynům, parám a trvajícím teplotám. K těmto materiálům .patří například běžné kovy a/nebo umělé hmoty. Použitelné jsou rovněž kovové materiály potažené povlaky z umělých hmot.

Vynález bude blíže objasněn na příkladu provedení, znázorněném na připojeném výkresu.

Zařízení sestává - z uzavřené nádrže 1 vodného roztoku. V prostoru nádrže 1 je upraveno vedlejší oddělení 6, které je od ostatního prostoru odděleno oddělovací stěnou

7. Nad vedlejším oddělením 6 je uspořádán odpařovák 8, který je spojen prostřednictvím potrubí 17 s tepelným čerpadlem 9 obsahujícím kompresor 11 a motor M. Kompresor 11 je spojen prostřednictvím potrubí 12 s kondenzátorem 10, který je uspořádán na druhé straně zásobníku 1, a který je spojen s přídavným kondenzátorem 23, který je spojen prostřednictvím potrubí, ve kterém je zařazen expananí ventil - 13 s odpařovákem 8. Odpařovák 8 je opatřen odlučovačem 14 kapek.

Zařízení dále obsahuje promývačku 4, do kireré je zaústěno jedním koncem potrubí s čerpadlem 15, které druhým koncem zasahuje do nádrže 1. Konec tohoto potrubí v promývačce 4 je opatřen tryskami 16 pro rozstřikování směsi lázně a opliachovací vody. Promývačka. 4 je potrubím- 18 spojena se zásobní 1 pro odvod přebytečné vlhkosti. Potrubím 25 se přivádí oplachovací voda z prvního stupně oplachování, to je voda, která obsahuje například určité množství stříbrné lázně. Výška hladiny se v nádrži 1 udržuje .na požadované výši regulačním ventilem 39, spojeným· s čidlem LC výšky hladiny.

Horní část uzavřené nádrže 1 tvoří současně kanál 2 pro vedení plynu například vzduchu, kiterý ústí do- ventilátoru 3, na který je napojena promývačka 4, která je z druhé strany spojena kanálem 5 opět s nádrží 1. Na výstupu promývačky 4 je zařazen- odlučovač 19 kapek. Do nádrže 1 jsou dále zaústěna potrubí 21, 22 s čerpadlem 29, která spojují hlavní oddělení 29 nádrže 1 s pracovní nádrží galvanizační lázně.

Funkce zařízení podle vynálezu je podle prvního příkladného způsobu provozu následující.

V nádrži 1 se nachází část například kyanidické stříbrné lázně a oplachovací voda. Teplota lázně v neznázorněné pracovní nádrži musí býit konstantní na hodnotě asi 25 stujňů Celsia. Při galvanizování dílů se roztok stříbrné lázně -smývá v dále zařazených oplachováních lázních. Tento roztok se má opět zpětně získávali. K tomu se oplachovací voda z prvního stupně oplachování, které probíhá ve více -stupních, přivádí potrubím 25 do nádrže 1. Regulace hladiny se provádí pomocí regulačního ventilu 30. Horní část uzavřené nádrže 1 tvoří -současně kanál pro vedení cirkulujícího -plynu. Dále vedoucí kanál 2 ústí do ventilátoru 3, který slouží k transportu plynu, výhodně vzduchu.

Ventilátor 3 dopravuje plyn nejprve- do promývačky 4, odkud se potom vede kanálem 5 zpět do nádrže 1. V -celkovém vnitřním prostoru nádrže 1 je vedlejší oddělení 6 které je od ostatního prostoru, to je hlavního oddělení 29 odděleno dělicí stěnou 7.

Nad vedlejším oddělením 6 je odpařovák 8 tepelného -čerpadla 9, zatímco na druhé straně rádnže 1 je plyn veden přes kondenzátor 10.

Tepelné čerpadlo 9 pracuje v tomto - případě -s -chladicím prostředkem na bázi uhlovodíků obsahujících fluor, který proudí od kompresoru 11 v plynném -stavu o tlaku asi 2,5 MPa vedením 12 ke kondenzátoru 10. Teplota plynného chladicího prostředku činí přitom asi 60 °C. V kondenzátoru 10 chladicí prostředek opět -kondenzuje na kapalinu, přičemž plyn -proudící kondenzátorem 10 se zahřeje iina teplotu asi 45 °C. Zbytková kondenzace nastává v přídavném kondenzáte™ 23. Nyní kapalný chladicí prostředek proudí k expansnímu ventilu 13, ve kterém se sníží tlak asi na 0,6 MPa. Odtud -odchází -chladicí prostředek do odpařováku 8, kde přejde úplně z kapalného stavu do stavu plynného. K tomu je nižné nepatrné přehřátí asi -o 8 ^QC. Pro- tento - krok je potřebná tepelná energie, která je odebrána plynu proudícímu před odpařovák 8. Zatímco- se chladicí prostředek odpařuje při asi 5 °C, ochlazuje se plyn na teplotu asi 10 °C (sensibilní -teplo j. Větší podíl množství tepla, který je potřebný k odpaření chladicího prostředku, pochází z latentního tepla uvolněného při kondenzaci vlhkosti obsažené v plynu. Kondenzát odpadá do vedlejšího oddělení 6. Odlučovač 14 kapek zabraňuje, aby so kondenzát znovu nesmísil s proudem, plynu. Plyn potom proudí opět přes kondenzátor 19, čímž je tento okruh již uzavřen, zatímco nyní plynný chladicí prostředek je opět veden -potrubím 17 do kompresoru - 11.

Směs stříbrné lázně a oplachovací vody se vede pomocí čerpadla 15 do promývačky 4, kde -se -pomocí trysek 16 rozstříkává na jednotlivé částice. Jejich veliký povrch a tvarové uspořádání umožňuje sycení plynu, který proudí promývačkou 4, vlhkostí. Přebytečná vlhkost -se vede potrubím 18 zase zpět do nádrže 1. Na výstupu promývačky 4 je rovněž uspořádán odlučovač 19 kapek, aby se -nestrhávala kapalina ve -formě kapek do proudu plynu.

Kondenzát odpadávající ve vedlejším oddělení 6 se může opět použít k oplachování postříbřených dílů, zatímco- obsah hlavního -oddělení nádrže 1 se pomocí čerpadla 20 a -prostřednictvím· potrubích 21 a 22 mísí s obsahem pracovní nádrže galvanizační lázně.

Poněvadž se z této kapaliny při použití popsaného způsobu vypuzuje v podstatě pouze čistá voda, zůstávají cenné látky pro pracovní proces postříbřování zachovány.

Energie -potřebná k -odpaření vody v promývačce 4 se převádí z kondenzátoru 19 tepelným čerpadlem 9 -na proudící plyn v kanálu 2. Až na nepatrné ztráty se teto energie získává zase zpět v odpařováku 8. Poněvadž se však celkový hnací výkon tepelného čerpadla 9 dodatečně do- okruhu dodává, vzniká tím tedy přebytek energie. Tento se může' například využít· pomocí druhého znázorněného přídavného kondenzátoru 23 k zahřívání vzduchu 24 k vyhřívání místností. Pomocí tohoto temperovaného vzduchu, který se potom· musí vypouštět do prostoru, se může potom dodatečně odpařovat voda, to je odpařování odpadním vzduchem.

Další možností využití přebytečné energie je vyhřívání stříbřící lázně a/nebo zásobníku tepla.

V druhém konkrétním příkladu způsobu provozu zařízení s-e v uzavřeném odpařovacím okruhu používá jako plynu vzduch. Za odpařovákem B obsahuje 1 kg vzduchu při teplotě 10 °C 7,6 g vody. V kondenzátem 10 se zvýší teplota· na 45 ^,QC. Tím· může vzduch pojmou v promývačce 4 další vlhkost. Jeho obsah vody stoupne na 16,8 g./kg, zatímco teplota při · -tom klesne na hodnotu 22,5 °C. Při následujícím průchodu odpařovákem 8 se opět vlhkost odloučí, přičemž se vzduch dostane o-pět do výše popsaného stavu.

Tímto způsobem -se za jednu hodinu odpaří 50 kg vody, musí se však v této časové jednotce přečerpat -objem vzduchu o hodnotě asi 4700 m³. Hnací výkon tepelného čerpadla činí 22 kW.

Tímto hnacím výkonem je možno· při výše uvedených pracovních poměrech získat k -dispozici na kondenzátoru lf topný výkon 54 kW.

Takto se dají srovnat výsledky dosud známých způsobů odpařování s kondenzací vody, se způsobem -podle vynálezu, přičemž se vezme za základ množství odpaření -a zkondenzované vody o hodnotě 50 kg/h. Je třeba při itorn přihlédnout k tomu, že při dosavadním způsobu nejsou vytvořeny žádné neměnné předpoklady, tak například výchozí teplota vzduchu a jeho vlhkost jsou kolísavé a přesto zůstávají rozdíly mezi oběma způsoby řádově zachovány.

Příklad druhého- konkrétního způsobu provozu zařízení - podle vynálezu.

Provádí se odpaření a následující kondenzace -50 kg/h vody za pomoci 5556 kg/h vzduchu -za použití

a) dosavadního -způsobu, při kterém- se v ohřívači vzduchu zahřívá vzduch z -teploty 10 °C na teplotu 45 °C, potom se vzduch v promývačce nasytí vlhkostí a potom -se tato vlhkost v odpařovali -chladícího zařízení opět kondenzuje;

b) způsob provozu zařízení podle vynálezu.

způsob a) potřebný výkon -topení ohřívače v^uchu JkW]54 zjištěný výkon- chladicího zařízení pro kondenzaci vlhkosti (kW)22 zpětné získání tepla z kondenzace vlhkosti a ochlazení vzduchu -(kW)— zjištěný výkon tepelného čerpadla (kW)— celková potřeba výkonu (kWJ76 ztráty (kW)76 přebytečná energie k dalšímu využití (kW)— způsob b) —54 cca 5 cca 17

Claims (2)

1. Zařízení pro - odpařování a případně pro zpětné získávání vody -z vodných roztoků, sestávající z nádrže vodného roztoku -a vedlejšího -oddělení, -tepelného čerpadla s kompresorem a čerpadla -pro -vodný -roztok, přičemž jednotlivé prvky jsou navzájem spojeny potrubími, vyznačující - - se tím, že v kanálu (2) s ventilátorem (3) je nad nádrží (1) vodného roztoku upraveno' chladicí ústrojí, tvořené například kondenzátorem (10) a nad vedlejším oddělením (6) je upraven -odpařovák (8) -tepelného čerpadla (9).

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující - se tím, že za ventilátorem (3) je uspořádaná promývačka (4).