DE1107192B - Verdampfer zur Erzeugung einer uebersaettigten Loesung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer zur Erzeugung einer übersättigten Lösung, der aus einem senkrechten Gefäß mit im wesentlichen kreisrunden Querschnitten besteht, welches Gefäß auf der oberen Seite eine Auslaßöffnung für den Dampf und am Boden eine Abfuhröffnung für die übersättigte Flüssigkeit aufweist, wobei an der Umfangswand des Gefäßes eine Einlaßöffnung für die einzudampfende Flüssigkeit vorhanden ist.

Wenn ein solcher Verdampfer als Entspannungsverdampfer arbeitet, wird im Gefäß ein Druck aufrechterhalten, der niedriger ist als der Druck des gesättigten Dampfes, bei einer Temperatur, mit der die Flüssigkeit in das Gefäß eintritt. Dadurch wird ein Teil der in das Gefäß geführten Flüssigkeit verdampfen und sich abkühlen, da die zum Verdampfen benötigte Wärme der Flüssigkeit selber entzogen wird. Damit der gewünschte niedrige Druck im Gefäß aufrechterhalten werden kann, wird der entwickelte Dampf abgeführt, und beim Erreichen des Gleichgewichtszustandes im Gefäß wird die Flüssigkeit, die das Gefäß verläßt, die Kochtemperatur haben, welche zum im Gefäß aufrechterhaltenen Druck gehört.

Beim Eindampfen der Lösung erhält diese eine höhere Konzentration, und außerdem kann durch die Temperaturherabsetzung, die die Flüssigkeit im Verdampfer erleidet, die Sättigungskonzentration, daher die Maximalmenge festen Stoffes, die bei dieser niedrigeren Temperatur gelöst werden kann, einen andern Wert erhalten, der bei den meisten Lösungen niedriger ist als die Sättigungskonzentration der Lösung bei der Temperatur, mit der die Lösung in den Verdampfer eintritt. Wenn die Lösung dem Verdampfer mit einer Konzentration zugeführt wird, die nicht oder nur wenig niedriger als die Sättigungskonzentration ist, kann infolge des Eindampfvorganges und der Temperaturherabsetzung beim Verdampfen die Flüssigkeit, die aus dem Verdampfer abgeführt wird, übersättigt sein und daher mehr gelösten Stoff enthalten, als nach dem Gleichgewicht bei der Flüssigkeitstemperatur in Lösung sein kann. Falls die Übersättigung der Flüssigkeit im Verdampfer unterhalb einer bestimmten Grenze gehalten wird, kann aus dem Verdampfer dauernd ein Strom übersättigter Flüssigkeit abgelassen werden, d. h. Flüssigkeit, in der auch der Überschuß festen Stoffes in bezug auf die Sättigungskonzentration noch ganz oder teilweise in gelöstem Zustand vorhanden ist. Bei normalem Betrieb des Verdampfers enthält die abgeführte übersättigte Flüssigkeit meistens kleine Mengen festen Stoffes, die wie Kristallkerne in der Lösung schweben.

Zur Verhinderung, daß das Übermaß festen Stoffes, Verdampfer zur Erzeugung einer
übersättigten Lösung

Anmelder:
Werkspoor N. V., Amsterdam (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Chem. Dr. W. Koch,

Hamburg 4, Simon-von-Utrecht-Str. 43,

und Dr.-Ing. R. Glawe, München 27, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 9. Mai 1959

das sich in der Lösung befindet, sich gegebenenfalls zusammen mit den Kristallkernen auf die innere Wand des Verdampfergefäßes oder auf die inneren Teile desselben absetzt, müssen an das Material des Verdampfers, an die Beschaffenheit der Wandoberfläche und an die Form der inneren Verdampferteile besondere Anforderungen gestellt werden. Da eine Lösung ihre Übersättigung abgibt, werden die Ablagerungen auf die Wand und die inneren Teile des Gefäßes dauernd anwachsen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Verdampfers auf die Dauer in ernsthafter Weise beeinträchtigt wird.

Um diese Ablagerungen zu vermeiden, hat man Verdampf er verschiedener Bauart vorgeschlagen, z. B. einen Verdampfer, in den die Flüssigkeit zentral in steigender Richtung bis dicht unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Gefäß eingeführt wird oder einen Verdampfer mit tangentialer Zufuhr der einzudampfenden Flüssigkeit, und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels und einen Verdampfer mit einer Ringkammer für die Zufuhr der Flüssigkeit. Bei allen diesen Ausführungen ist die zulässige Übersättigung der eingedampften Flüssigkeit ziemlieh begrenzt.

Die Erfindung hat den Zweck, den Verdampfer derart auszuführen, daß eine höhere Übersättigung der eingedampften Flüssigkeit erzielt werden kann. Dazu sind erfindungsgemäß mindestens zwei Zufuhrleitungen für die Flüssigkeit tangential an der Umfangswand des Gefäßes einander entgegengesetzt angeschlossen. Durch diese Zufuhrart erhält die im Verdampfervorhandene Flüssigkeitsmasse eine rotierende

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Bewegung, so daß die Oberfläche der Flüssigkeit die Form einer Schale annimmt, deren tiefster Punkt das Abflußrohr nicht erreicht. Durch diese rotierende Flüssigkeitsmasse werden die sich an den Wänden bildenden Ablagerungen mitgenommen, sobald sie zu einer^gewissen Größe angewachsen sind.
"Auch bei einer einzigen tangentialen Einfuhr der einzudampfenden Flüssigkeit kann die Rotation der Flüssigkeit im Verdampfer derart sein, daß der Strudel sich nicht in das Abfuhrrohr fortsetzt, aber dann wird die Rotation durch kleine Temperatur änderungen der eingeführten Flüssigkeit durch Änderung des Durchschnittsspiegels der Flüssigkeit im Verdampfer stark beeinflußt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung mindestens zweier entgegengesetzt gerichteter tangentialer Einlasse hat sich die Wirkung des Verdampfers für vorübergehende Änderungen des Flüssigkeitsspiegels, der Einlaßtemperatur der Flüssigkeit weniger empfindlich gezeigt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung mit Hilfe einiger Ausführungsbeispiele näher erklärt. In der Zeichnung ist

Fig. 1 ein Schema einer Kristallisationsanlage mit einem erfindungsgemäßen Verdampfer und einem Kristallisator,

Fig. 2 im größeren Maßstab eine senkrechte Ansicht eines Verdampfers, der teilweise im Durchschnitt gezeichnet ist,

Fig. 3 einwaagerechter Durchschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 und 5 je eine Draufsicht zweier anderer Ausführungen des Verdampfers.

In Fig. 1 ist A ein Verdampfer, in dem durch Verdampfung der Mutterlauge eine übersättigte Lösung erzeugt wird. Diese übersättigte Lösung gelangt durch das Rohr 4 in den Kristallisator B, aus dem die gebildete Kristallmasse bei C abgelassen und die Mutterlauge bei D durch eine Pumpe E zum Verdampfer A zurückgeführt wird.

Die in der Zeichnung dargestellten Verdampfer haben die Gestalt eines senkrechten Gefäßes 1 mit kreisrundem Querschnitt, welches Gefäß auf der oberen Seite eine Auslaßöffnung 2 für den Dampf hat und mit einem kegelförmigen Boden 3 versehen ist, an dem ein Abfuhrrohr 4 für die eingedampfte Flüssigkeit angeschlossen ist. Die einzudampfende Flüssigkeit wird durch eine Leitung 5 zugeführt, die sich verzweigt, so daß es zwei Einlasse 6 und 7 im Zylinderteil des Gefäßes gibt. Diese beiden Einlasse sind tangential aber einander entgegengesetzt gerichtet. Der Einlaß 7 ist mit einem Regelventil 8 versehen. Die beiden Einlasse haben zusammen einen kleineren Durchlaß als die Zufuhrleitung und sind je durch ein Übergangsrohr 9 mit der angeschlossenen Leitung verbunden. Die Durchlaßverengung der Zufuhrleitungen ist derart, daß zwischen der Flüssigkeit in der Zufuhrleitung gerade vor dem Übergangsrohr 9 und der Flüssigkeit an der Mündung des Einlasses bei der Ausströmung der kleinsten Flüssigkeitsmenge, für die der Verdampfer gebaut ist, eine statische Druckdifferenz entsteht, die gerade größer ist als der Unterschied zwischen dem Druck und dem im Verdampfer herrschenden Druck, wobei die eintretende Flüssigkeit bei der Temperatur dieser Flüssigkeit kocht. Diese statische Druckdifferenz zwischen den betrachteten Stellen kann aus der Zunahme des statischen Druckes bestimmt werden, wenn dabei der Zunahme der Durchschnittsgeschwindigkeit an der Mündung des Einlasses durch das Auftreten einer teilweisen Verdampfung Rechnung getragen wird, wodurch die Durchschnittsdichtigkeit der Flüssigkeit sich senkt. Aus dieser Bedingung geht hervor, daß die Durchschnittsgeschwindigkeit im Einlaß um so größer sein wird, je nachdem ob der Druck im Verdampfer höher ist oder nicht, da im allgemeinen die Temperatursenkung, welche für das Erreichen einer bestimmten Übersättigung nötig ist, sich wenig mit der Temperatur ändert, während der Druck bei kochender Flüssigkeit meistens mehr als linear proportional zur Temperatur zunimmt.

Die Größe der Ablagerungen an der Wand des Verdampfers ist vom Übersättigungsgrad und von der Rotationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit abhängig. Damit eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit erhalten werde, haben die Mündungen 10, 11 der beiden Einlasse 6, 7 verschiedene Durchlässe, und die Ausströmungsgeschwindigkeit einer dieser Einlasse kann gegebenenfalls durch das Ventil 8 geregelt werden.

Um das Aufspritzen von Tröpfchen am Flüssigkeitsspiegels zu verhindern, liegen die Mündungen 10, 11 der Flüssigkeitseinlässe in verschiedenen Höhen. Die günstigsten Ergebnisse in bezug auf die Aufspritzung und ebenfalls auf die Beschränkung der Ablagerung auf die innere Wand des Verdampfersgefäßes werden erhalten, wenn der Durchschnittsspiegel der rotierenden Flüssigkeitsmasse im Gefäß gerade unterhalb der oberen Einlaßöffnung 10 gehalten wird, wobei die Berührungsstelle zwischen dem Spiegel und der Wand sich wenige Dezimeter oberhalb dieser Einlaßöffnung einstellt.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann die Zufuhrleitung 5 sich auch symmetrisch in die zwei Einlaßstücke 6 und 7 verzweigen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Einlaßöffnungen 10 und 11 in der Gefäßwand ungefähr diametral gegenüber einander angeordnet.

Bei Verwendung eines Entspannungsverdampfers gemäß der Erfindung zur Erzeugung einer übersättigten Kochsalzlösung bis 9 g/l Kochsalz wurde festgestellt, daß an der inneren Wand des Verdampfergefäßes, und zwar hauptsächlich in der Ringzone an der Stelle des Flüssigkeitsspiegels klumpenförmige Ablagerungen von Kochsalz entstehen, die sich aber von der Wand lösen, bevor sie eine derartige Größe erreichen, daß sie die Abfuhr verstopfen würden. Weder in den aus Flußstahl hergestellten Zufuhrleitungen, noch in den Übergängen der Zufuhrleitungen zu den Einlassen, noch bei den Übergängen der Einlasse in das Verdampfergefäß trat eine Ablagerung auf.

Es hat sich gezeigt, daß der erfindungsgemäße Verdampfer, was die Größe des Dampfauslasses und die Höhe des Aufspritzraumes anbelangt, denselben Bedingungen entspricht wie ein normaler Zyklon-Dampfabtrenner, so daß die übersättigte Lösung in einem ziemlich kleinen Raum erhalten werden kann. Dadurch kann die Anzahl von Kristallkernen, die in der übersättigten Lösung entstehen, gering gehalten werden.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verdampfer zur Erzeugung einer übersättigten Lösung, bestehend aus einem senkrechten Gefäß mit im wesentlichen kreisrundem Querschnitt, welches Gefäß auf der oberen Seite eine Auslaß-

öffnung für den Dampf und am Boden eine Abfuhröffnung für die übersättigte Flüssigkeit aufweist, wobei an der Umfangswand des Gefäßes eine Einlaßöffnung für die einzudampfende Flüssigkeit vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Zufuhrleitungen (6, 7) für die Flüssigkeit in entgegengesetztem Sinne tangential an der Umfangswand des Gefäßes (1) angeschlossen sind.

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der tangential am Gefäß (1) angeschlossenen Zufuhrleitungen (6, 7) mit einem sich verengenden Übergangsstück (9) mit dem Gefäß verbunden sind.

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnungen (10, 11) der Umfangswand des Gefäßes (1) ungleiche Durchlässe haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen