DD283941A5

DD283941A5 - Verfahren fuer die evaporative konzentration einer fluessigkeit

Info

Publication number: DD283941A5
Application number: DD89329508A
Authority: DD
Inventors: Rolf Ryham
Original assignee: ��@��@��k��
Priority date: 1988-06-13
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1990-10-31
Also published as: EP0485375A1; ATE101534T1; EP0485375B1; ES2015153A6; WO1991000759A1; PT90829A; CN1038774A; US4963231A; JPH04504524A; ZA894416B; PT90829B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer die evaporative Konzentration einer Fluessigkeit. Erfindungsgemaesz wird in der Weise verfahren, dasz die zu konzentrierende Fluessigkeit durch indirekten Waermeaustausch mit einem Heizmittel in einem Verdampfer auf ihren Siedepunkt erhitzt wird; der erzeugte Dampf kondensiert wird, indem die genannte Fluessigkeit durch indirekten Waermeaustausch mit einer Kuehlfluessigkeit in einem Kondensator erhitzt wird; als Kuehlfluessigkeit im Kondensator eine Fluessigkeit verwendet wird, die durch Verdampfung im Verdampfer konzentriert wird; und Gas veranlaszt wird, durch den Kondensator in Kontakt mit der Fluessigkeit zu flieszen, um den Dampfdruck ueber der Fluessigkeit herabzusetzen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zur Ausfuehrung des Verfahrens.{Fluessigkeit; wie Absorptionsfluessigkeit; Ablauge von Stoffaufloesungen; evaporative Konzentration; Waermeaustausch; Kuehlfluessigkeit; Herabsetzung von Dampfdruck}

Description

Verfahren für die evaporative Konzentration einer Flüssigkeit Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur evaporativen Konzentration von Flüssigkeiten und eine Anordnung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Verdampfung der Flüssigkeit, wobei die Wärmeenergie des Dampfes, der den Verdampfer verläßt, ausgenutzt wird.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Behandlung einer Absorptionsflüssigkeit, wie konzentrierter Salzlösung und dergleichen, die zur Entfeuchtung eines Gases wie -etwa von Luft eingesetzt werden können. Während eines solchen Entfeuchtungsprozesses wird die konzentrierte Salzlösung durch die Absorption von Feuchtigkeit aus der Luft verdünnt. Die verdünnte Salzlösung wird rekonzentriert, bevor sie dem Absorptionsprozeß zurückgeführt wird.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Konzentrierung der Ablauge von Stoffauflösungsprozessen auf Verdampfungsanlagen, wobei die Ablauge auf einen Trockenheit sgra'd konzentriert wird, was die Verbrennung derselben ermöglicht, um die Auflösungschemikalf.en wiederzugewinnen»

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Bei konventionellen Verdampfungsanlagen wird die Lauge in der Regel durch Verdampfung in einer oder mehreren getrennten Verdampfungsstufen konzentriert. Der Dampf aus der letzten Stufe wird gewöhnlich kondensiert, indem der Dampf in indirekten Kontakt mit Kühl-

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wasser im Kondensator gebracht wird, wie er z. B. in der GB-PS 2000584 beschrieben wird.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartigen Verfahrens zur Konzentration von Flüssigkeiten, das auf einfache und wirtschaftliche Weise, insbesondere energiesparend und ohne großen apparativen Aufwand ausgeführt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur evaporativen Konzentration einer Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird für die Konzentration einer Flüssigkeit ein neuartiges Verfahren zur Verfügung gestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu konzentrierende Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizmittel in einem Verdampfer auf ihren Siedepunkt erhitzt wird} der erzeugte Dampf kondensiert wird, indem die genannte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einer Kühlflüssigkeit in einem Kondensator erhitzt wird; als Kühlflüssigkeit im Kondensator eine Flüssigkeit verwendet wird, die durch Verdampfung im Verdampfer konzentriert wird; und Gas veranlaßt wird, durch den Kondensator in Kontakt mit der Flüssigkeit zu fließen, um den Dampfdruck über der Flüssigkeit herabzusetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Konzentrierung von Flüssigkeit durch Verdampfung bewirkt einen hohen thermischen Effekt dadurch,

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daß die Wärmeenergie des Dampfes und vorzugsweise die Wärmeenergie dee den Verdampfer verlassenden Dampfes ausgenutzt wird, anstatt, daß die Wärmeenergie aus dem Verdampfungssystem an ein externes KUhlwassersystem abgeführt würde. Es ist jedoch einleuchtend, daß die zur Verdampfung von Flüssigkeit erforderte Wärme anderen Quellen entstammen kann als dem den Evaporator verlassenden Dampf. Die vorliegende Erfindung kann daher zur evaporativen Konzentration von Flüssigkeiten im allgemeinen angewandt werden, und die hier angeführten speziellen Beispiele sollten keineswegs als Einschränkungen des Rahmens der vorliegenden Erfindung verstanden v/erden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird Luft durch direkten Kontakt mit einer wasserabsorbierenden Flüssigkeit entfeuchtet. Als Absorptionsflüssigkeit wird eine wässerige Lösung mit einem leichtlöslichen Salz wie Kaliumazetat, Natriumazetat, Kaliumkarbonat, Kalziumchlorid, Lithiumchlorid und Lithiumbromid oder dergleichen oder deren Mischungen verwendet. Diese konzentrierten Salzlösungen besitzen eine hohe Affinität gegenüber Wasser. Folglich ist der Wasserdampfdruck über der Lösung entsprechend niedrig.

Wenn Luft mit einer bestimmten Temperatur und bestimmten relativen Feuchtigkeit mit so einer konzentrierten Salzlösung in Kontakt gebracht wird, wird durch die Lösung so lange Wasserdampf aus der Luft absorbiert, wie der Wasserdampfdruck über der Salzlösung niedriger als der im Gleichgewichtszustand ist.

Wenn Luft durch Absorption von Wasserdampf entfeuchtet wird, wird die Absorptionsflüssigkeit durch das absorbierte Wasser in zunehmendem Maße verdünnt. Da die einzige flüchtige Komponente

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der Absorptionsflüssigkeit Wasser ist, kann die Absorptionsflüssigkeit durch Verdampfung regeneriert werden. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, daß die Absorptionsflüssigkeit auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der ihr Wasserdampfdruck den atmosphärischen -Druck übersteigt und Verdampfung von Wasser zur Folge hat, Difl Siedepunkterhöhung der für Absorptionszwecke geeigneten konzentrierten Salz-Wasser-Lösung ist hoch. In der Regel ist die Verdünnung der Absorptionsflüssigkeit durch Absorption von Wasserdampf relativ gering und folglich die Verdampfung in mehr als einer Stufe nicht durchführbar, so daß die verdünnte Absorptionsflüssigkeit gewöhnlich in einem einstufigen Evaporator durch Verdampfung regeneriert wird.

Zur Regenerierung der Absorptionsflüssigkeit in einem Verdampfer wird eine Energiemenge entsprechend der Verdampfungswärme erfordert. Zusätzliche Energie wird für das Erhitzen von Flüssig- . keit auf deren Siedepunkt und zur Kompensation von Wärmeverlusten und dergleichen gebraucht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Wärmeenergie des den Verdampfer verlassenden Dampfes zur Verdampfung von Wasser aus der Absorptionsflüssigkeit verwendet. Dies erfolgt dadurch, daß der Dampf in indirekten Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit gebracht wird, entweder vor oder nachdem die Absorptionsflüssigkeit in dem Verdampfer konzentriert ist oder beides. Der den Evaporator verlassende Dampf wird mit einer Oberfläche eines Wärmeaustauschelements in Kontakt gebracht, während die Absorptionsflüssigkeit mit der anderen Fläche des Wärmeaustauschelementes in Kontakt gebracht wird. Die Absorptionsflüssigkeit wird bevorzugt veranlaßt, in der Form eines dünnen Films auf der Oberfläche des Wärmeaustauschelements abwärts

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zu fließen. Außerdem wird die Luft veranlaßt, in Kontakt mit der AbsorptionaflüeBigkeit zu fließen, um den Wasserdampfdruck über der Absorptionsflüssigkeit herabzusetzen, wodurch die Verdampfung von Wasser aus der Absorptionsflüssigkeit begünstigt wird. Die Luft ist mit Wasserdampf gesättigt, und die Verdampfungswärme wird von der Oberfläche des Wärmeaustauscherelements abgeführt.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Ausführung des neuartigen Verfahrens für die evaporative Konzentration von Flüssigkeiten ist gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Verdampfung einer Flüssigkeit, bestehend aus einem ersten Wärmeaustauschelement mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche zur .Erzeugung von Dampf durch Verdampfung von Flüssigkeit auf der ersten Oberfläche durch Wärmezufuhr auf die zweite Oberfläche; eine Anordnung zur Kondensierung des Dampfes, bestehend aus einem zweiten Wänneaustauschelement mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche zur Erzeugung von Kondensat durch Kondensation des Dampfes auf der ersten Oberfläche mit Wärmeübertragung in eine Flüssigkeit auf der zweiten Oberfläche, wodurch die Flüssigkeit konzentriert wird; eine Anordnung in Verbindung mit der Kondensatoranordnung zur Einführung von Luft in Kontakt mit der Flüssigkeit auf die 2v?eite Oberfläche des zweiten Wärmeaustauscheleraents, um den Wasserdampfdruck der Flüssigkeit herabzusetzen und Verdampfung daraus einzuleiten; eine erste Anordnung zur Beförderung der Flüssigkeit aus dem Kondensator zur Verdampieranordnung; und eine zweite Anordnung zur Beförderung des Dampfes aus der Verdampf er anordnung zur Kondensatoranordnung.

Durch Kondensation von Dampf aus dem Verdampfer durch die Absorptionsflüssigkeit, die hierdurch vor und/oder nach dem Evaporator konzentriert wird, werden sowohl ein höherer Leistungsfaktor

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als bedeutende Energieeinsparungen erreicht. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein externes Kühlwasaersystem entbehrlich ist. Das Vorfahren und die Anordnung gemäß dieser Erfindung bieten dadurch einen Prozeß, der der Verdampfung in zwei Stufen entspricht, mit einem erheblich kleineren spezifisohen Energieverbrauch. Obwohl nur ein Verdampfer in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, ist es selbstverständlich, daß mehr als ein Evaporator sum Einsatz kommen können. Der bevorzugte Prozeß der vorliegenden Erfindung, d. h. wenn der Dampf aus der letzten Verdampfungsstufe zur Konzentrierung der feststoff haltigen Flüssigkeit v/ie etwa Absorptionsflüssigkeit oder Ablauge verwendet wird, resultiert in einer Verdampfung mit η + 1 Stufen, wobei η eins oder eine Ganzzahl größer eins sein kann und ist vorzugsweise unter rund zehn. Zum Beispiel in einem System mit drei Verdampfern in Reihe (d.h. η ist gleich drei) resultiert der Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung wirksam in Verdampfung, die vier Stufen entspricht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung ze'igen:

Pig. 1: ein schematisch.es Plußdiagramm, das ein Verdampfungssystem darstellt, bei dem Ablauge aus einem Stoffauflösungsprozeß konzentriert wird;

KLg. 2: ein schematisehes Flußdiagramm, das ein Verdampfungssystem darstellt, bei dem eine wasserabsorbierende Salzlösung konzentriert wird, die zur Luftentfeuchtung verwendet wird.

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Wie in Pig. 1 dargestellt, besteht das Verdampfungssystem aus einem evaporativen Kondensator 1 und einem Verdampfer 2. Der evaporative Kondensator 1 umfaßt vorzugsweise ein oder mehrere vorzugsweise vertikale, mit Abstand zueinander angeordnete konventionelle Wärmeaustauschelemente 3» die sich vorzugsweise aus Paaren von hauptsächlich parallelen Platten zusammensetzen, die an ihren Kanten miteinander verbunden sind, um eine Vielzahl von geschlossenen Räumen innerhalb vom Gehäuse 4 zu bilden. Auch andere geeignete Konfigurationen von Wärmeaustauschelementen wie eine radiale Anordnung von Elementen oder Wärmeaustauscher des Rohrtyps können eingesetzt werden. Zwischen den Wärmeaustauschelementen 3 bilden sich offene Kanäle. Das Innere der Wärmeaustauschelemente 3 ist jeweils am oberen Ende mit einen Eintritt 5 zur Einführung von Wasserdampf und am unteren Ende mit einem Austritt 6 für den Kondensatabzug verbunden. Obwohl der Wasserdampf, der für die evaporative Konzentrierung von Flüssigkeiten verwendet wird, vorzugsweise dem Verdampfer 2 entnommen wird, kann auch Dampf aus anderen geeigneten Quellen außerhalb des Systems verwendet werden. Wie oben aber hervorgehoben wurde, resultiert die Verwendung von Dampf aus dem Verdampfer 2 oder bei - mehr als einem Verdampfer - die Verwendung von Dampf aus dem letzten Verdampfer, vorteilhaft in η + 1 Verdampf ungs stuf en. Der Buchstabe η ist entweder eins oder eine Ganzzahl größer als eins aber vorzugsweise kleiner als rund zehn. Ein Verteiler 7, der mit einer Vielzahl von Öffnungen oder Einspritzdüsen 8 ausgestattet ist, erstreckt sich in Längsrichtung quer über das Gehäuse 4 über ein jedem Wärmeaustauschelement 3, um eine Vorrichtimg zur Verteilung von Absorptionsflüssigkeit vorzugsweise hauptsächlich gleichmäßig über die Außenflächen der Wärmeaustauachelemente 3 zu bilden. Das Gehäuse 4 ist mit einer oder mehreren Lufteintrittsoffnungen 9» die Vorzugs-

weise auf einem Niveau unterhalb oder dicht an ien unteren Enden der Wärmeaustauschelemente 3, und einem Luftaustritt 10 am oberen Ende des Gehäuses 4 ausgestattet. Ein Ventilator 11 oder Gebläse ist vorzugsweise dicht am Austritt 10 angeordnet, um eine -Aufwärtsströmung von Lu:?t durch das Gehäuse 4 zu bewirken.

Der Boden des Gehäuses 4 bildet unterhalb der Lufteintrittsöffnungon 9 ein Reservoir 12 für das Auffangen der Absorptionsflüssigkeit, die von den unteren Enden der Wärmeaustauschelemente 3 tropft. Die Flüssigkeit wird danach aus dem Reservoir 12 durch einen Ablauf 13 am Boden des Reservoirs 12 abgeleitet. Eine Zweigleitung 14, die mit dem Ablauf 13 verbunden ist und eine Pumpe 15 sind für die Rezirkulation von mirdestens einem Teil der Flüssigkeit vorgesehen. Die Flüssigkeitszufuhr, z. B. Ablauge aus dem Stoffauflösungsprozeß, wird dem Verteiler 7 durch Rohrleitung 16 zugeführt. Die Rohrleitung 16 ist mit Rohrleitung 14 verbunden, um Beimischung von Rezirkulationsflüssigkeit, die durch Rohrleitung 14 in Rohrleitung 16 fließt, durch die Funktion von Pumpe 15 zu erlauben.

Der Füllstand 17 der Flüssigkeit im Reservoir 2 wird vorzugsweise kontrolliert und auf eine an sich bekannte Weise im wesentlichen konstant gehalten.

Der Verdampfer 2 umfaßt vorzugsweise eine Vielzahl von im Gehäuse 18 mit Abstand zueinander angeordneten, Wärmeaustauschelementen 19> die Innen- und Außenflächen aufweisen und der gleichen Konstruktion sein können wie die Wärmeaustauschelemente 3 des Kondensators 1 und auch einen Eintritt 20 und einen Austritt 21 für ein Heizmittel wie Rauchgase oder Dampf aufweisen.

Ein Verteiler 22 bildet eine Vorrichtung zur Verteilung von Flüssigkeit vorzugsweise gleichmäßig über die Außenflachen der Wärmeaustauschelemente 19· Die auf dem Gehäuse boden angesammelte konzentrierte Flüssigkeit wird dem Verdampfer 2 über eine Ablaufleitung 23 entnommen. Mindesteng ein Teil der konzentrierten Flüssigkeit kann Über Rohrleitung 24 dem Verteiler 22 oder dem Verteilerkanal zurückgeführt werden, während der Rest über Rohrleitung 25 abgeführt und zum Wärmeaustauscher 26 transportiert werden kann» Der im Gehäuse 18 durch Verdampfung der Absorptionsflüssigkeit erzeugte Dampf wird ins Innere der Wärmeaustauschelemente 3 des Kondensators

1 durch Rohrleitung 27 befördert.

Die durch Verdampfung zu konzentrierende Flüssigkeit, wie z. B. Schwarzlauge aus einem Stoffauflösungsprozeß, wird dem Kondensator 1 durch Rohrleitung 16 zugeführt und in den Verteiler 7 geleitet. Von dort fließt die Schwarzlauge abwärts vorzugsweise gleichmäßig über die Außenflächen der Wärmeaustauscnelemente 3 und wird dabei durch indirekten Kontakt mit dem heißen Wasserdampf erwärmt, der in die Wärmeaustausohelemente 3 vom Verdampfer

2 oder von anderen geeigaeten auswärtigen Quellen geleitet wird. Mittels Luft, die vorzugsweise vorgewärmt- ist, durch den Eintritt 9 zugeführt wird und durch das Gohäuse 4 entlang der Außenseite der Wärmeaustauschelemente 3 fließt, wird durch direkten Kontakt mit der Schwarzlauge deren Siedepunkt herabgesetzt, was Verdampfung von 7/asser daraus zur Folge hat. Der Wasserdampf wird zusammen mit Luft durch den Austritt 10 aus dem Kondensator 1 entfernt. Die zur Verdampfung von Wasser aus Schwarzlauge benötigte Wärmeenergie wird dem Wasserdampf innerhalb der Wärmeaustauschelemente 3 entzogen, wodurch der Dampf kondensiert vdrd. Die vorkonzentrierte Schwarzlauge wird vom Reservoir 12 dl i-ch Rohrleitung 13 abgeleitet

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und dem Verdampfer 2 über Wärmeaustauscher 26 zugeführt, um deren Temperatur vor dem Eintritt in den Verdampfer 2 durch indirekten Kontakt mit konzentrierter, den Verdampfer 2 verlassender Ablauge zu erhöhen.

Im Verdampfer 2 wird die vorkonzentrierte Schwarzlauge auf ihren Siedepunkt auf den Außenflächen der Wärmeaustauschelemente 19 mit z. B. heißen Rauchgasen oder Dampf erhitzt, die den Wärmeauatauschelementen 19 durch Eintritt 20 zugeführt und zusammen mit dem entsprechenden Kondensat durch Austritt 21 abgeführt werden. Die Schwarzlauge wird durch Verdampfung konzentriert, und der dabei gebildete Wasserdampf wird vorzugsweise in den Kondensator 1 über Rohrleitung 27 geleitet·, um kondensiert zu werden und als Heizmittel für die Vorkonzentrierung der Schwarzlauge zu dienen.

Beispiel 1

Schwarzlauge aus einem Stoffauflösungsprozeß mit ca. 20 - 25 Gewichtsprozent Peststoffe, was eine Siedepunkterhöhung mit ca. 4 - 5 ⁰C bewirkt, fließt einem evaporativen Kondensator 1 durch Rohrleitung 16 zu und wird im wesentlichen gleichmäßig als dünner PiIm über die Außenseite der Wärmeaustauschelemente 3 mittels Verteiler 7 aufgetragen. Während die Lauge über die beheizten Wärmeaustauschflächen 3 fließt, verdunstet daraus Wasser infolge des Wärmeübergangs aus dem Dampf, der auf der Innenseite des Y/ärmeaustauschers 3 kondensiert, überdies wird der Wasserdampfdruck der Lauge durch einen Luftstrom herabgesetzt, der mit dem Schwarzlaugefilm in Kontakt steht.

Die zulaufende Lauge hat eine Temperatur von ca. 55 ⁰C und eine AbIauftemperatur von ca. 55 ⁰C, während die Lufttemperatur von

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ca. 20 ⁰G auf ca. 30 ⁰C angestiegen ist. 30,000 kg/h Dampf vom Verdampfer 2 Find dem Kondensator 1 über Rohrleitung 27 zugeführt worden. Rund 23,000 Kg/h Wasser sind aus der Schwarzlauge durch Kontakt mit Luft im Kondensator 1 verdunstet. Im Vergleich zu einem konventionellen sechsstufigen Verdampfer ist die Kapazität d^s Prozesses gemäß der vorliegenden Erfindung m ca. 12 - 15 % ohne zusätzliche Wärmeenergie angestiegen.

Das in der Pig. 2 dargestellte Regenerationssystem für eine Absorptionsflüssigkeit umfaßt einen Kühler 101, einen evaporativen Kondensator 102 und einen Verdampfer 103· Konzentrierte Absorptionsflüssigkeit wird durch Rohrleitung 104 dem Absorber 105 zugeführt, wo sie in direkten Kontakt mit der durch "Rohrleitung 106 fließende Feuchtluft gebracht wird, um daraus fiuchtigkeit zu entziehen. Mindestens ein Teil der Absorptionsflüssigkeit, die der Kontaktluft Feuchtigkeit entzogen hat, wird durch Rohrleitung 107 zum Kühler 101 geleitet, während ein anderer Teil durch Zweigleitung 108 zum Kondensator 102 geleitet wird.

Die verdünnte, den Verdampfer 103 verlassende und durch Verdampfung zu konzentrierende Absorptionsflüssigkeit wird damit zuerst durch Zweigleitung 108 dem Kondensator 102 zugeführt, wo sie in den Verteiler 122 geleitet wird, der oberhalb von einem oder mehreren Wärmeaustauschelementen 112 des Kondensators 102 angeordnet ist, um zu veranlassen, daß die Absorptionsflüssigkeit in Form eines dünnen Films vorzugsweise gleichmäßig über die Außenfläche des Wärmeaustauschelements 112 abwärts fließt. Die Verteiler 7 und 22 in Fig. 1 sowie 110, 122 und 133 in Fig. 2 können jeder beliebigen Konstruktion wie als perforiertes Rohr oder als Behälter mit einer perforierten Bodenplatte ausgeführt sein und bilden eine Vorrichtung zur vorzugsweise gleichmäßigen Verteilung der

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betreffenden Flüssigkeit über die Außenflächen der Wärmeaustauscher 3; 19; 112; 109; 125· Die Wärmeaustauschelemente 109; 112; 125 in RLg. 2 können der gleichen Konstruktion sein wie diejenigen 3; 19, die oben in Zusammenhang mit dem Kondensator 1 in Hg. 1 beschrieben wurden« Wasserdampf, der vorzugsweise durch Rohrleitung 123 dem Kondensator 102 zugeführt wird und welche mit dem oberen Teil von Gehäuse 124 verbunden, das das oder die Wärmeaustauschelemente 125 des Verdampfers 103 umgibt, wird dem Eintritt 126 zu einem oder mehreren Wärmeaustauschelementen 112 zugeführt. Wie oben erwähnt, kann Wasserdampf oder irgendein geeignetes Heizmittel aus anderen Quellen als dem Verdampfer 103 als Heizmittel im Kondensator 102 verwendet werden. Es ist auch wichtig zu beachten, daß sich die, in den Kondensatoren 1 und 102 verwendete Kühlflüssigkeit nicht auf die Absorptionsflüssigkeit (konzentrierte Salzlösung) oder Ablauge aus dem Stoffauflösungsprozeß beschränkt - die als Beispiel angeführt wurden - sondern daß im erfindungsgemäßen Prozeß als Kühlflüssigkeit jede feststoffhaltige Flüssigkeit oder Lösung unter der Voraussetzung geeignet ist, daß die Flüssigkeit oder Lösung zwecks Erhöhung des Feststoffgehalts konzentriert werden kann.

Weil demnach auch klares Wasser eine geeignete Kühlflüssigkeit sein könnte, werden feststoff haltige Flüssigkeiten wie eine Salzlösung, Schwarzlauge oder Weißlauge bevorzugt, weil diese Flüssigkeiten bei Verwendung als Kühlflüssigkeit durch Verdampfung konzentriert werden, wodurch der Feststoffgehalt der Flüssigkeit erhöht wird. Der mit der Innenfläche der Wärmeaustauschelemente 112 in Kontakt stehende Wasserdampf wird durch indirekten Kontakt mit der Absorptionsflüssigkeit kondensiert, die über die Außenflächen der Wärmeaustauschelemente 112 fließt und dann durch den Austritt 127 als Kondensat abgeführt werden kann, das durch Rohrleitung 128 einem Flüssigkeitsbecken 138 zugeführt wird, das sich, im Boden des Gehäuses 124 befindet.

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Die durch Verdampfung von Wasser im Kondensator 102 vorkonzentrierte Absorptionsflüssigkeit fällt in Bottich 139, der vorzugsweise unterhalb der unteren Enden der Wärmeaustauschelemente 112 angeordnet ist. Die vorkonzentrierte Absorptionsflüssigkeit wird dann zum Verdampfer 103 durch Rohrleitung 129 vorzugsweise über Wärmeaustauscher 130 geleitet, damit die Temperatur vor dem Eintritt der Flüssigkeit in den Verdampfer durch indirekten Kontakt mit der konzentrierten Absorptionsflüssigkeit erhöht wird, die vorab dem Verdampfer 102 entnommen wurde.

Der Verdampfer 103 besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von WärmefcJistauscnelementen 125, die der gleichen Konstruktion sein können vvie die des Kondensators 102 und einen Eintritt 131 und einen Austritt 132 für ein Heizmittel wie Rauchgase oder Dampf aufweisen. Ein Verteiler 133, der vorzugsweise über den oberen Enden der Wärmeaustauschelemente 125 angeordnet ist, führt Absorptionsflüssigkeit den Außenflächen der Warmeaustauschelemente 125 in der gleichen Weise zu wie die Verteiler 7; 110 oder 122. Die Absorptionsflüssigkeit wird auf ihren Siedepunkt erhitzt, wobei Wasser aus der Flüssigkeit verdunstet, die die Außenflächen der Wärmeaustauschelemente 125 hinabfließt. Die auf dem Boden des Gehäuses I36 angesammelte konzentrierte Absorptionsflüssigkeit wird dem Verdampfer IO3 durch Ablaufleitung I34 entnommen. Mindestens ein Teil der konzentrierten Flüssigkeit kann zum Verteilerrohr oder zur Verteilervorrichtung 133 durch Rohrleitung 135 zurückgeführt werden. Die restliche konzentrierte Flüssigkeit wird durch Rohrleitung 137 über den Wärmeaustauscher 130 in den Kühler 101 befördert. Wahlweise und je nach dem gewünschten Abkühlungsgrad von Feuchtluft oder -gas, die/das durch Rohrleitung I06 fließt, kann die gesamte konzentrierte Absorptionsflüssigkeit oder ein Teil davon vom Wärmeaustauscher 103 direkt zum Absorber 105 (nicht dargestellt) geleitet werden.

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Der im Gehäuse 136 des Verdampfers durch Evaporation der Absorptionsflüssigkeit auf den Außenflächen der Wärmeaustauschelemente 125 erzeugte Wasserdampf wird dem Verdampfer entnommen und durch Rohrleitung 123 dem evaporativen Kondensator 102 zugeführt,, um darin zu kondensieren und als Heizmittel für die Vorkonzentrierung der Absorptionsflüssigkeit in der oben beschriebenen Weise zu dienen.

Der dem Kühler 101 zugeführte Teil der konzentrierten Absorptionsflüssigkeit wird zum Eintritt 121 der Wärmeaustauschelemente 109 geleitet, die der gleichen Konstruktion sein können wie die des Kondensators 1 in Fig. 1. Die konzentrierte Absorptionsflüssigkeit wird in indirekten Wärmeaustauschkontakt mit einer Kühlflüssigkeit gebracht, die durch den Verteiler 110 eingegeben wird, der über den Wärmeaustauschelementen 109 angeordnet ist, und fließt bevorzugt in Form eines gleichmäßig dünnen Films die Außenflächen der V/ärmeaustauschelemente 109 hinab. Die Kühlflüssigkeit, die vorzugsweise Kondensat aus dem Kondensator 102 enthält, sammelt sich auf dem Boden des Gehäuses 111, das die Wärmeaustauschelemente 109 von Kühler 101 und die V/ärmeaustauschelemente 112 von Kondensator 102 umgibt, die vorzugsweise über den Elementen 109 angeordnet sind. Zusätzliches Kühlwasser kann am Ventil 140 oder dem Flüssigkeitsbecken 138 zugeführt werden. Im Gegensatz zu den bekannten Kühlvorrichtungen entstammt hiermit mindestens ein bedeutender Teil des Kühlwassers, das für die evaporative Kühlung bei Kondensator 102 und Kühler 101 verwendet wird, dem feuchten Luftstrom, der durch Rohrleitung 106 fließt. Wärmeaustauschelemente 109; 112 und Gehäuse 111 bilden einen Kühlturm 113» durch den Luft mittels Ventilator 114 gezogen wird. Die im Becken 138 auf dem Gehäuseboden angesammelte Kühlflüssigkeit wird vorzugsweise mittels Pumpe 117 durch Rohrleitung 118 dem Verteiler 110 zurückgeführt. Der Flüs-

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sigkeitastand 119 wird vorzugsweise kontrolliert und hauptsächlich auf einem konstanten Niveau gehalten.

Luft, manchmal auch Spülluft genannt, die über die Außenfläche der Wärmeauatauachelemente 109 von Kühler 101 durch das Gehäuse 111 fließt iat in direktem Kontakt mit den Außenflächen, die durch die Kühlflüssigkeit benetzt werden und hat Verdampfung von Wasser aus der Kühlflüssigkeit zur Folge. Das verdunstete Wasser wird durch den Luftstrom abgeführt. Die Verdampfung von Wasser resultiert in Abzug von Wärme aus der Absorptionsflüssigkeit. Die abgekühlte Absorptionsflüssigkeit wird aus den Wärmeaustauschelementen 109 durch den Austritt 120 abgeführt und dem Absorber 105 über Rohrleitung 104 zurückgeführt. Die Menge der Spülluft, die für die Abkühlung der Absorptionsflüssigkeit benötigt wird und über die Wärmeaustauachflächen 109 des Kühlers 101 ohne evaporative Abkühlung fließt, ist rund zehnmal größer als mit der oben beschriebenen evaporativen Kühlung.

Der Spülluftdurchsatz durch Gehäuse 111 durch den Eintritt ist daher sorgfältig ausbalanoiert. In der Regel können 90 % der dem Eintritt 115 zugeführten Luft entommen werden, bevor die Luft mit dem Kondensator 102 im Kontakt gerät. Der entnommene Luftstrom ist in Pig. 2 nicht dargestellt.

Beispiel 2

Dem Absorber 105 werden 3,100 kg/h Trockenluft unter den folgenden Verhältnissen zugeführt: t = 30 ⁰C trockene Birne, 27 ⁰C nasse Birne; χ = 0,021 kg RJS/kg trockene Luft.

Nach der Absorption verläßt die Luft den Absorber 105 mit einer

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Geschwindigkeit von 8,100 kg/h trockene Luft unter folgenden Verhältnissen: t = 37 ⁰C trockene Birne, 20 ⁰C nasse Birne; χ = 0,0065 kg HjjO/kg trockene Luft. Die Menge an absorbiertem Wasser wird auf 8,100 (0,021 - 0,0065) = 117 kg eingeschätzt. Die auf-Kühler 101 übertragene Wärmemenge ist annäherungsweise 200,000 kJ/h in 38,000 kg/h Absorptionsflüssigkeit.

Während der Absorptionsphase hat der Flüssigkeitsstrom in Rohrleitung 108 annähernd 117 kg/h Wasser aus der Luft aufgenommen. Wenn die Verdampfung der Absorptionsflüssigkeit in einem einstufigen Verdampfer erfolgt, nachdem die Temperatur der Absorptionsflüssigkeit durch Wärmeaustausch auf die Temperatur des Verdampfers erhöht wurde, ist der Energieverbrauch annähernd 1 kg Dampf/kg verdunstetes Wasser. Durch Anwendung des evaporativen Kondensators gemäß der vorliegenden Erfindung als Vor- und/oder Nachverdampfer für die Absorptionsflüssigkeit wird die für die Verdampfung erforderliche Energiemenge ca. 1,5-1,9fach herabgesetzt gegenüber der Anwendung allein als Verdampfer.

Anstelle der beschriebenen Wärmeaustauschelemente können andere rohrförmige Wärmeaustauschelemente eingesetzt werden. Wenn entsprechend die Konzentration der verdünnten Salzlösung niedrig und die Siedepunkterhöhung derselben daher mäßig ist, wodurch Verdampfung in zwei oder mehreren konventinnellen Verdampfungsstufen ermöglicht wird, kann die Erfindung auch zur Kondensierung von Wasserdampf aus der zweiten oder irgendeiner darauffolgenden Stufe benutzt werden. Zusätzlich kann das Heizmittel, wie Wasserdampf oder Dampf im Kondensator 102, in einer anderen Quelle als dem Verdampfer erzeugt und daraus bezogen werden. Natürlich kann der Wasserdampf aus Verdampfer IO3 mit einem oder mehreren Heizmitteln aus einer anderen geeigneten Quelle

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gemischt werden. Vorzugsweise stammt jedoch der in den Kondensatoren 1 und 102 verwendete Wasserdampf aus dem Verdampfer 2 bzw. 103»

Daher sollte es selbstverständlich sein, daß die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele nur für Illuntrationszwecke dargestellt sind, nicht aber als eine Einschränkung des Rahmens dieser Erfindung verstanden werien sollen, der in den beiliegenden Patentansprüchen vollständig beschrieben wird, Während die Erfindung hier in einer Ausführungsform dargestellt und beschrieben wird, die man für die praktischste und bevorzugteste hält, sollte es einem Fachmann einleuchten, daß sie sich vielfach im Rahmen der Erfindung modifizieren läßt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren für die evaporative Konzentration einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die zu konzentrierende Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einem Heizmittel in einem Verdampfer auf ihren Siedepunkt erhitzt wird; der erzeugte Dampf kondensiert wird, indem die genannte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch mit einer Kühlflüssigkeit in einem Kondensator erhitzt wird; als Kühlflüssigkeit im Kondensator eine Flüssigkeit verwendet wird, die durch Verdampfung im Verdampfer konzentriert wird; und Gas veranlaßt wird, durch den Kondensator in Kontakt mit der Flüssigkeit zu fließen, um den Dampfdruck über der Flüssigkeit herabzusetzen«

2. Anordnung für die evaporative Konzentration einer Flüssigkeit, gekennzeichnet durch:

eine Anordnung (2; 103) zur Verdampfung einer Flüssigkeit, bestehend aus einem ersten Wärmeaustauschelement (19; 125) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche zur Erzeugung von Dampf durch Verdampfung von Flüssigkeit auf der ersten Oberfläche durch Wärmezufuhr auf die zweite Oberfläche; eine Anordnung (1; 102) zur Kondensierung des Dampfes, bestehend aus einem zweiten Wärmeaustauschelement (3; 112) mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche zur Erzeugung von Kondensat durch Kondensation des Dampfes.auf der ersten Oberfläche mit Wärireübertragung in eine Flüssigkeit auf der zweiten Oberfläche, wodurch die Flüssigkeit konzentriert wird; eine Anordnung (9; 10; 11; 115; 114; 116) in Verbindung mit der Kondensatoranordnung (1; 102) zur Einführung von Luft in Kontakt mit der Flüssigkeit auf die zweite Oberfläche des

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zweiten Wärmeaustauaohelementes (3; 112), um den Wasserdampfdruck der Flüs iigkeit herabzusetzen und Verdampfung daraus einzuleiten; eine erste Anordnung (13; 26; 129; 130) zur Beförderung der Flüssigkeit aus dem Kondensator zur Verdampferanordnung; und eine zweite Anordnung (27; 123) zur Beförderung des Dampfes aus der Verdampferanordnung zur Kondensatoranordnung.

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