DE1092442B

DE1092442B - Process for venting multi-stage vacuum evaporation systems

Info

Publication number: DE1092442B
Application number: DEM41756A
Authority: DE
Inventors: Konrad Mattern
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1959-06-06
Filing date: 1959-06-06
Publication date: 1960-11-10

Description

Verfahren zum Entlüften von mehrstufigen Vakuum-Eindampfanlagen Beim Eindampfen von Flüssigkeiten in mehrstufigen Vakuumanlagen ist für eine ausreichende Entlüftung bzw. Entgasung der Heizkammern zu sorgen. Luft und andere Gase, die in der einzudampfenden Flüssigkeit gelöst sind oder durch Undichtigkeiten der Apparatur eingeschleppt werden, würden ohne eine solche Abführung aus den Heizkammern den Eindampfbetrieb bald unmöglich machen. Bisher hat man die Heizkammern jeweils an den Ausdampfraum derselben Eindampfstufe oder an die aus diesem abführende Brüdenleitung angeschlossen. Um nicht den Gasballast durch die einzelnen Heizkörper hindurchzuschleppen, werden insbesondere bei größeren Gasmengen die Entlüftungsleitungen der einzelnen Stufen über eine gemeinsame Sammelleitung in den Kondensator der letzten Eindampfstufe geführt. Method for venting multi-stage vacuum evaporation systems Beim Evaporation of liquids in multi-stage vacuum systems is sufficient for Ventilation or degassing of the heating chambers. Air and other gases in the liquid to be evaporated is dissolved or due to leaks in the apparatus would be introduced without such a discharge from the heating chambers Soon to make evaporation operation impossible. So far, the heating chambers have been on the evaporation chamber of the same evaporation stage or to the vapor line discharging from this connected. In order not to drag the gas ballast through the individual radiators, the ventilation lines of the individual Stages via a common manifold into the condenser of the last evaporation stage guided.

In beiden Fällen wird das Gas an der Stelle tiefsten Druckes bzw. höchsten Vakuums gesammelt und anschließend mittels einer Luftpumpe an die Atmosphäre gefördert. Für das Fördern der Luft und der anderen unkondensierbaren Gase an die Atmosphäre werden vorzugsweise mechanische Luftpumpen eingesetzt. Mehrstufige Dampfstrahlluftsaugeaggregate, deren Vorzug die große Einfachheit und hohe Betriebssicherheit sind, haben einen hohen Dampfbedarf, so daß man bisher trotz dieser Vorzüge immer wieder auf die mechanischen Luftpumpen zurückgekommen ist. Ziel der Erfindung ist, den hohen Dampfbedarf für die Dampfstrahlluftsaugeaggregate derartiger Entlüftungsanlagen so weit zu reduzieren, daß diese Aggregate mit den mechanischen Luftpumpen auch in wirtschaftlicher Hinsicht konkurrieren können. In both cases, the gas is at the point of the lowest pressure or collected under the highest vacuum and then released into the atmosphere by means of an air pump promoted. For conveying the air and the other non-condensable gases to the Atmosphere, mechanical air pumps are preferably used. Multi-stage steam jet air suction units, whose advantages are the great simplicity and high operational reliability, have one high steam requirement, so that, despite these advantages, the mechanical Air pumps has come back. The aim of the invention is the high steam requirement for to reduce the steam jet air suction units of such ventilation systems so much, that these units with the mechanical air pumps also in economic terms can compete.

Nach der Erfindung läßt man die unkondensierbaren Gase nicht, wie bisher, bis an die Stelle tiefsten Druckes bzw. höchsten Vakuums expandieren, sondern es werden die Gase an den Stellen, an denen sie anfallen, d. h. also aus den Heizkörpern jeder Eindampfstufe entnommen und komprimiert. Dabei wird zweckmäßig das in den Kondensatoren und den Heizkörpern der Eindampfstufen anfallende Gas im Gegenstrom zu dem Heizmittel von Eindampfstufe zu Eindampfstufe durch die Anlage an die Atmosphäre gefördert. According to the invention, the non-condensable gases are not allowed to, as so far, expand to the point of lowest pressure or highest vacuum, but the gases at the points where they occur, d. H. so from the radiators taken from each evaporation stage and compressed. This is useful in the Condensers and the radiators of the evaporation stages accumulating gas in countercurrent to the heating means from evaporation stage to evaporation stage through the plant to the atmosphere promoted.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Erfindung schematisch und beispielsweise dargestellt. Two embodiments of the invention are shown schematically in the drawing and shown for example.

Abb. 1 zeigt eine vierstufige Eindampfanlage, bei der die aus jedem Heizkörper abgesaugten Gase auf den Druck der vorgeschalteten Eindampfstufe gefördert und mit den in dieser Stufe anfallenden Gasen vereinigt werden, so daß schließlich das gesamte Gas aus der Eingangsstufe in die Atmosphäre gefördert wird. Fig. 1 shows a four-stage evaporation plant in which the from each Gases extracted from the radiator are conveyed to the pressure of the upstream evaporation stage and combined with the gases produced in this stage, so that finally all the gas from the input stage is pumped into the atmosphere.

In der Vorrichtung gemäß Abb. 2 ist dieses Ver- fahren in der Weise ausgestaltet, daß das in den einzelnen Stufen anfallende Kondensat aus den Verdampferbrüden zur Kondensation des Treibdampfes aus den zugehörenden Dampfstrahlkompressoren verwendet wird. In the device according to Fig. 2, this drive in the way designed that the condensate arising in the individual stages from the evaporator vapors used to condense the motive steam from the associated steam jet compressors will.

Die Vorrichtung nach Abb. l besteht aus den Verdampfern 1, 2, 3 und 4 sowie dem Oberflächenkondenstator 5. Die einzudampfende Flüssigkeit wird durch die Leitungen 6, 7, 8, 9 durch die Verdampfer 1 bis 4 geleitet und aus dem letzten Verdampfer 4 als Konzentrat durch die Leitung 10 abgeführt. Durch die Leitung 11 wird Heizdampf in die Heizkammer des Verdampfers 1 eingeleitet. Die Heizung der folgenden Stufen erfolgt in bekannter Weise durch die jeweils in der voraufgehenden Stufe aus der einzudampfenden Flüssigkeit gebildeten Brüden, indem die Brüden aus der Stufe 1 durch die Leitung 12 in die Heizkammer des Verdampfers 2, die Brüden der Stufe 2 durch die Leitung 13 in die Heizkammer des Verdampfers 3 und die Brüden der Stufe 3 durch die Leitung 14 in die Heizkammer des Verdampfers 4 geleitet werden. Die Brüden aus dem Verdampfer 4 werden durch die Leitung 15 in den Kondensator 5 geführt und dort mittels Kühlwasser aus der Leitung 16 niedergeschlagen. Das erwärmte Kühlwasser verläßt den Kondensator durch die Leitung 17. Die Temperaturen in den Verdampfern 1 bis 4 betragen beispielsweise 100, 80, 60, 400 C, so daß die Kondensation der Brüden aus der Stufe 4 im Oberflächenkondensator 5 bei einer Temperatur von 400 C erfolgt. Das Kondensat aus der Heizkammer des Verdampfers 1 wird durch die Leitungen 19 und 20 über einen Entspanner 18 in die Heizkammer des Verdampfers 2 geleitet. Die in dem Entspanner 18 aus dem Kondensat frei werdenden Brüden werden durch die Leitung 12a den Heizbrüden aus der Verdampfereinheit 1 in der Leitung 12 zugemischt, womit ihre Wärme in dem Eindampfprozeß nutzbar gemacht wird. In gleicher Weise sind Entspanner 50 und 51 zwischen der zweiten und dritten bzw. zwischen der dritten und vierten Stufe angeordnet und durch Leitungen 52, 53 bzw. 54, 55 mit den Dampfkammern der benachbarten Stufen verhunden. Die Brüden aus diesen Entspannern werden in der beschriebenen Weise durch Leitungen 13a bzw. The device according to Fig. 1 consists of the evaporators 1, 2, 3 and 4 and the surface capacitor 5. The liquid to be evaporated is through the lines 6, 7, 8, 9 passed through the evaporators 1 to 4 and from the last Evaporator 4 discharged as concentrate through line 10. Through line 11 heating steam is introduced into the heating chamber of the evaporator 1. The heating of the The following steps are carried out in a known manner by those in the preceding one Stage vapors formed from the liquid to be evaporated by removing the vapors of stage 1 through line 12 into the heating chamber of evaporator 2, the vapors stage 2 through line 13 into the heating chamber of evaporator 3 and the vapors of stage 3 are passed through line 14 into the heating chamber of evaporator 4. The vapors from the evaporator 4 are passed through the line 15 into the condenser 5 out and there precipitated by means of cooling water from line 16. That warmed Cooling water leaves the condenser through line 17. The temperatures in the Evaporators 1 to 4 are, for example, 100, 80, 60, 400 C, so that the condensation the vapors from stage 4 in the surface condenser 5 at a temperature of 400 C takes place. The condensate from the heating chamber of the evaporator 1 is through the Lines 19 and 20 via an expander 18 into the heating chamber of the evaporator 2 directed. the released in the expander 18 from the condensate Vapors are replaced by the heating vapors from the evaporator unit 1 in the line 12 admixed, making their heat usable in the evaporation process will. Likewise, relaxers 50 and 51 are between the second and third or arranged between the third and fourth stage and through lines 52, 53 and 54, 55 connected to the steam chambers of the adjacent stages. The vapors out these relaxers are in the manner described by lines 13a or

14a in die Heizbrüdenleitungen 13 bzw. 14 geleitet.14a passed into the heating vapor lines 13 and 14, respectively.

Das von Stufe zu Stufe weitergeleitete Kondensat wird insgesamt schließlich aus der Heizkammer des letzten Verdampfers 4 durch die Leitung 21 in ein Gefäß 22 geleitet, dem auch das Kondensat aus dem Oberflächenkondensator 5 durch die Leitung 23 zufließt. Das gesamte Kondensat aus der Anlage wird durch die Leitung 24 abgeleitet. The condensate passed on from stage to stage will eventually be total from the heating chamber of the last evaporator 4 through line 21 into a vessel 22 passed, which also the condensate from the surface capacitor 5 through the line 23 flows in. All of the condensate from the system is drained off through line 24.

Zur Entlüftung der Anlage wird erfindungsgemäß das in dem Oberflächenkondensator 5 anfallende unkondensierbare Gas durch Frischdampf aus der Leitung 32a mittels eines Dampfstrahlkompressors 26 angesaugt und durch die Leitung 27 auf den in der Heizkammer der Stufe 4 herrschenden Druck in den Einspritzkondensator 28 gefördert, in welchen durch die Leitung 29 auch die unkondensierten Gase aus der Heizkammer des Verdampfers 4 strömen. In dem Einspritzkondensator 28 wird mittels Kühlwasser aus der Leitung 30a der Treibdampf aus dem Dampfstrahlkompressor 26 niedergeschlagen. Das verbleibende Gas wird in gleicher Weise von dem Dampfstrahlkompressor 31 auf den Druck, wie er in der Heizkammer des Verdampfers 3 herrscht, durch die Leitung 33 in den Einspritzkondensator 34 gefördert und in diesem mit dem durch die Leitung 35 aus der Heizkammer des Verdampfers 3 strömenden Restgas vereinigt. In dem Einspritzkondensator 34 wird der Treibdampf des Strahlkompressors 31 mit Kühlwasser aus der Leitung 30 b niedergeschlagen. Das nicht kondensierte Gas wird wiederum mittels des Strahlkompressors 36 durch die Leitung 38 in den Einspritzkondensator 39 auf den Druck der Heizkammer der Verdampferstufe3 gefördert und mit den nicht kondensierten Brüden aus der Heizkammer der Stufe 2, die durch die Leitung 41 zuströmen, vereinigt. According to the invention, that in the surface condenser is used to vent the system 5 accumulating non-condensable gas by live steam from the line 32a by means of sucked in a steam jet compressor 26 and through the line 27 to the in the The pressure prevailing in the heating chamber of stage 4 is conveyed into the injection condenser 28, in which through line 29 also the uncondensed gases from the heating chamber of the evaporator 4 flow. In the injection condenser 28 is by means of cooling water the motive steam from the steam jet compressor 26 is precipitated from the line 30a. The remaining gas is taken up by the steam jet compressor 31 in the same way the pressure, as it prevails in the heating chamber of the evaporator 3, through the line 33 conveyed into the injection condenser 34 and in this with the through the line 35 residual gas flowing from the heating chamber of the evaporator 3 is combined. In the injection condenser 34 is the motive steam of the jet compressor 31 with cooling water from the line 30 b dejected. The non-condensed gas is in turn by means of the jet compressor 36 through the line 38 into the injection condenser 39 to the pressure of the heating chamber the evaporator stage 3 and with the non-condensed vapors from the heating chamber of stage 2, which flow in through line 41, are combined.

Durch Kühlwasser aus der Leitung 30 c wird der Treibdampf niedergeschlagen. Das unkondensierbare Gas wird schließlich mittels des Dampfstrahlkompressors 42 an die Atmosphäre gefördert. Die in der Heizkammer des Verdampfers 1 anfallende geringe Menge unkondensierbare Gase wird durch die Leitung 46 in die Brüdenleitung 12 abgeführt, die Mengenbegrenzung erfolgt durch das Ventil 47. Das erwärmte Kühlwasser aus den Kondensatoren 28, 34, 39 wird durch Fall rohre über die Fallwasserbehälter 43, 44 und 45 abgeführt. Die Strahlkompressoren 26, 31, 36, 42 erhalten ihren Treibdampf aus einer Sammelleitung 32. The motive steam is precipitated by cooling water from line 30 c. The non-condensable gas is finally released by means of the steam jet compressor 42 promoted to the atmosphere. The accumulating in the heating chamber of the evaporator 1 A small amount of non-condensable gases is passed through line 46 into the vapor line 12 discharged, the amount is limited by the valve 47. The heated cooling water from the condensers 28, 34, 39 is pipes through the fall water tank 43, 44 and 45 discharged. The jet compressors 26, 31, 36, 42 receive their motive steam from a manifold 32.

Das Kühlwasser wird den Einspritzkondensatoren 28, 34, 39 durch die Sammelleitung 30 zugeführt.The cooling water is the injection condensers 28, 34, 39 through the Manifold 30 supplied.

Zur Anlage gemäß Abb. 2 sei angenommen, daß das einzudampfende Produkt im Gegenstrom zu dem Heiz- bzw. Brüdendampf durch die Eindampfanlage fließt. Die Anlage enthält vier Verdampferstufen 101, 102, 103, 104, deren jeder im Durchgang der einzudampfenden Flüssigkeit ein Wärmeaustauscher 105 106, 107, 108 vorgeschaltet ist. Die einzudampfende Flüssigkeit durchströmt die Anlage in Richtung von der Verdampferstufe 101 zur Verdampferstufe 104. For the system according to Fig. 2 it is assumed that the product to be evaporated flows through the evaporation plant in countercurrent to the heating or exhaust steam. the The system contains four evaporator stages 101, 102, 103, 104, each of which is in the passage the liquid to be evaporated is preceded by a heat exchanger 105, 106, 107, 108 is. The liquid to be evaporated flows through the system in the direction of the evaporator stage 101 to evaporator stage 104.

Sie tritt durch die Leitung 109 in den Wärmeaus- tauscher 105 ein und strömt danach durch den Verdampfer 101, Leitung 110, Wärmeaustauscher 106, Verdampfer 102, Leitung 111, Wärmeaustauscher 107, Verdampfer 103, Leitung 112, Wärmeaustauscher 108 zum Verdampfer 104 und wird aus diesem durch die Leitung 113 als Endkonzentrat abgenommen. Die Verdampferstufe 104 wird mittels Dampf aus der Leitung 114 geheizt und durch die Leitung 114a mit dem Ventil 114 b in die Leitung 115 entlüftet. Das Frischdampfkondensat wird durch die Leitung 114c über den Kondenstopf 114d abgeführt. Die Brüden der Stufe 104 gelangen durch die Leitung 115 in den Heizkörper der Stufe 103. In gleicher Weise werden die Brüden aus den Stufen 103 und 102 durch Leitungen 116 bzw. 117 in die Heizkörper der Stufen 102 bzw. 101 geleitet. Die Brüden aus der Stufe 101 gelangen durch die Leitung 118 in den Oberflächenkondensator 119. Der Oberflächenkondensator 119 und die Heizkörper der Stufen 101 bis 104 werden in der an Hand der Abb. 1 beschriebenen Weise durch Dampfstrahlsauger 120, 121, 122, 123, die ihren Treibdampf aus einer Sammelleitung 150 erhalten, entlüftet. It exits through line 109 into the heat outlet exchanger 105 a and then flows through evaporator 101, line 110, heat exchanger 106, evaporator 102, line 111, heat exchanger 107, evaporator 103, line 112, heat exchanger 108 to the evaporator 104 and is from this through the line 113 as a final concentrate removed. The evaporator stage 104 is heated by means of steam from the line 114 and vented through line 114a with valve 114b into line 115. That Live steam condensate is discharged through line 114c via the condensate trap 114d. The vapors from stage 104 pass through line 115 into the radiator of the stage 103. In the same way, the vapors from stages 103 and 102 are passed through pipes 116 and 117 passed into the radiators of stages 102 and 101, respectively. The vapors out of stage 101 pass through line 118 into surface capacitor 119. The surface condenser 119 and the radiators of stages 101-104 are used in the manner described with reference to Fig. 1 by steam ejectors 120, 121, 122, 123, which receive their motive steam from a manifold 150, vented.

Der Sauger 120 fördert die unkondensierbaren Gase aus dem Oberflächenkondensator 119 durch die Leitung 124 auf das Druckniveau des Heizkörpers der Stufe 101 in den Einspritzkondensator 125, in den auch die nicht kondensierten Restbrüden aus dem Heizkörper der Stufe 101 durch die Leitung 126 geleitet werden. Der Treibdampf des Saugers 120 wird im Kondensator 125 mittels des Kondensates aus dem Oberflächenkondensator 119, das über die Leitung 127 mittels der Pumpe 128 zugeführt wird, niedergeschlagen. Das nicht kondensierbare Gasgemisch wird vom Sauger 121 durch die Leitung 129 in den Einspritzkondensator 130 gefördert und dort auf dem Druckniveau des Heizkörpers der Stufe 102 mit dem darin anfallenden, durch die Leitung 131 zuströmenden Gas vereinigt. Der Treibdampf des Saugers 121 wird mit den Kondensaten aus dem Einspritzkondensator 125 und dem Heizkörper der Stufe 101, die durch Leitungen 132 und 133 mittels der Pumpe 134 herangeführt werden, niedergeschlagen. The sucker 120 conveys the non-condensable gases from the surface condenser 119 through line 124 to the pressure level of the radiator of stage 101 in the Injection condenser 125, in which the non-condensed residual vapors from the Stage 101 radiators are passed through line 126. The motive steam of the Sucker 120 is in condenser 125 by means of the condensate from the surface condenser 119, which is fed via the line 127 by means of the pump 128, is deposited. The non-condensable gas mixture is from the suction device 121 through the line 129 in the injection condenser 130 promoted and there at the pressure level of the radiator of the stage 102 with the gas which occurs therein and flows in through the line 131 united. The motive steam of the suction device 121 is combined with the condensates from the injection condenser 125 and the radiator of the stage 101, which by lines 132 and 133 by means of the Pump 134 are brought up, knocked down.

In gleicher Weise fördert der Sauger 122 das im Einspritzkondensator 130 nicht kondensierte Gas durch Leitung 137 in den Einspritzkondensator 135, dem durch Leitung 136 das Restgas des Heizkörpers 103 zugeführt wird. Der Sauger 123 fördert das Restgas aus dem Einspritzkondensator 135 durch die Leitung 147 in den Einspritzkondensator 140, aus welchem das in der Anlage insgesamt anfallende Ballastgas durch die Leitung 141 auf Atmosphärendruck abgestoßen wird. In the same way, the sucker 122 promotes this in the injection condenser 130 uncondensed gas through line 137 into the injection condenser 135, the the residual gas of the heater 103 is fed through line 136. The sucker 123 promotes the residual gas from the injection condenser 135 through the line 147 into the Injection condenser 140, from which the total ballast gas occurring in the system is repelled through line 141 to atmospheric pressure.

Der Treibdampf der Sauger 122, 123 wird in den Einspritzkondensatoren 135, 140 mittels des Kondensates aus dem jeweils voraufgehenden Kondensator und der zugehörigen Verdampferstufe niedergeschlagen. Demgemäß werden alle in der Anlage anfallenden Kondensate, nämlich die Kondensate aus dem Oberflächenkondensator 119 aus den Heizkörpern der Stufen 101 bis 104 und aus dem Treibdampf der Sauger 120 bis 123, von den Pumpen 128, 134, 138, 139 in den letzten Einspritzkondensator 140 gefördert und aus diesem mittels der Pumpe 142 in den Leitungen 143 durch die Wärmeaustauscher 108, 107, 106, 105 geführt. Auf diese wird alle im Verfahren auftretende Kondensationswärme, die bisher nur zum kleinen Teil wiedergewonnen werden konnte, in dem Kondensatorstrom gesammelt, und dieser gibt sie stufenweise an die einzudampfende Lösung wieder ab, so daß das Kondensat fast mit Umgebungstemperatur durch die Leitung 144 aus dem Wärmeaustauscher 105 abgestoßen wird. The motive steam of the suckers 122, 123 is in the injection condensers 135, 140 by means of the condensate from the respective preceding condenser and the associated evaporator stage. Accordingly, everyone in the facility will accumulating condensates, namely the condensates from the surface condenser 119 from the radiators of levels 101 to 104 and from the motive steam of the suction devices 120 to 123, from pumps 128, 134, 138, 139 to the last injection condenser 140 conveyed and from this by means of the pump 142 in the lines 143 through the heat exchanger 108, 107, 106, 105. All heat of condensation occurring in the process, which up to now could only be recovered to a small extent in the capacitor current collected, and this gives them back gradually to the solution to be evaporated, so that the condensate is almost at ambient temperature through the line 144 is repelled from the heat exchanger 105.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Treibdampfbedarf dadurch vermindert, daß der einzelne Sauger das Ballastgas nur auf das nächsthöhere Druckniveau der benachbarten Eindampfstufe zu fördern hat. Außerdem wird die in dem Kondensatstrom gesammelte Kondensationswärme der Treibdämpfe auf die einzudampfende Flüssigkeit übertragen, so daß über den verringerten Dampfverbrauch hinaus auch der Wärmebedarf vermindert wird. Bei dieser Anordnung sind die Dampfstrahlsauger den mechanischen Entlüftungspumpen in jeder Weise überlegen. In the method according to the invention, the motive steam requirement is thereby reduces the fact that the individual sucker the ballast gas only to the next higher pressure level the neighboring evaporation stage has to promote. It will also be in the condensate stream Collected heat of condensation of the motive vapors on the liquid to be evaporated transferred, so that the heat requirement in addition to the reduced steam consumption is decreased. In this arrangement, the steam ejectors are mechanical Superior primer pumps in every way.

PATENTANSPROCHE: t. Verfahren zur Entlüftung von mehrstufigen Vakuum-Eindampfanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Kondensator und den Heizelementen der Eindampfstufen anfallende Gas ohne vor- herige Entspannung im Gegenstrom zu dem Heizmittel von Eindampfstufe zu Eindampfstufe durch die Anlage an die Atmosphäre gefördert wird. PATENT CLAIM: t. Process for venting multi-stage vacuum evaporation systems, characterized in that in the condenser and the heating elements of the evaporation stages accruing gas without Previous relaxation in countercurrent to the heating means from the evaporation stage to the evaporation stage is conveyed through the plant to the atmosphere.

Claims

2. The method according to claim 1, characterized in that the when Conveying the gas by means of steam jet compressors required live steam in stages is precipitated with the condensate of the downstream evaporation stage.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that that the heat of the condensate, in which the motive steam from the individual steam jet compressors has been deposited, is used to heat the evaporation material.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that that the hot condensate, in which the motive steam of the steam jet compressors is deposited is used to prepare hot water.