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Verfahren und Vorrichtung zum Vermeiden der Schaum- und Krustenbildung
in Vakuum-Eindampfanlagen für ungesättigte Salzlösungen, wie Spinnbad- oder Titansalzlösungen,
deren Löslichkeit nur in verhältnismäßig geringem Maße temperaturabhängig ist Die
Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Vermeiden der Schaum-
und Krustenbildung in Vakuum-Eindampfanlagen für ungesättigte Salzlösungen, wie
Spinnbad- oder Titansalzlösungen, deren Löslichkeit nur in verhältnismäßig geringem
Maße temperaturabhängig ist.
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Vakuum-Eindampfanlagen zur Aufkonzentrierung von derartigen technischen
Lösungen sind bekannt und werden je nach der geforderten Leistung und den gegebenen
Erfordernissen meist zwei- oder mehrstufig betrieben. Dabei ist der Energiebedarf
an Treibdampf, Heizdampf und Kühlwasser einerseits und die Anlagenkosten andererseits
bestimmend für die Anzahl, die Schaltung und die Auslegung der gewählten Verdampferstufen.
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Die den Verdampferstufen zugeordneten Wärmeaustauscher zum Aufheizen
der Flüssigkeit werden dabei nach Möglichkeit durch die Brüden der vorgeschalteten
Verdampferstufen beheizt und das Heizdampfkondensat der Wärmeaustauscher zum Fallgefäß
abgeführt. Die in der einzudampfenden Lösung enthaltenen gelösten Gase, beispielsweise
H2S, Luft od. dgl., bewirken eine mehr oder weniger starke Schaumbildung vor allem
in der ersten Verdampferstufe, was unter anderem zum Mitreißen von Flüssigkeit und
damit von Schaumblasen in die Brüdenabsaugung der Verdampferstufe führen kann. Darüber
hinaus mischen sich die in den Verdampferstufen aus der Flüssigkeit infolge des
Vakuums abgeschiedenen Gase mit den Brüden der Verdampferstufe und führen somit
zur Verkrustung oder Korrosion der Wärmeaustauscherelemente, zu deren Beheizung
die Brüden verwendet werden.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
die einzudampfende Flüssigkeit vor Beginn des Eindampfprozesses durch Entspannen
auf einen niederen Druck, als er in der ersten Eindampfstufe eingestellt ist, zu
entgasen, wodurch nur entgaste Flüssigkeit den Verdampfern zugeführt wird, während
die frei gewordenen Gase in den Hauptkondensator der Anlage gelangen.
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Bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrens ist vor der ersten
und zweiten Verdampferstufe ein mit einer Berieselungsvorrichtung versehener Entspanntopf
vorgesehen, der einerseits über die Brüdenleitung mit dem Hauptkondensator und andererseits
über eine Leitung mit dem Wärmeaustauscher und damit mit dem Verdampfer der ersten
Verdampferstufe und über eine andere Leitung mit dem Verdampfer der zweiten Verdampferstufe
direkt verbunden ist. In dem Entspanntopf herrscht ein niederer Druck, als er in
der ersten Ein-
dampfstufe eingestellt ist, beispielsweise von 0,12 ata.
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Hierdurch erhält man eine entgaste Flüssigkeit, die in der ersten
Eindampfstufe nicht mehr schäumt, wodurch Krustenbildung und Korrosion in den Eindampfern
vermieden wird.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Anlage zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Diese Anlage und ihr Betrieb seien
zunächst beim Eindampfen einer Spinnbadlösung von etwa 500 C beschrieben.
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Die einzudampfende Spinnbadlösung gelangt in einer Menge von 25 t/h
von oben in den mit einer Berieselungsvorrichtung versehenen Entspanntopf 1, in
dem ein Druck von beispielsweise 0,12 ata durch die Brüdenleitung 15 und die darin
eingebaute Drossel 13 aufrechterhalten wird. Im Entspanntopf 1 werden die in der
eintretenden Lösung gelösten Gase frei und über die Leitung 15 zum Hauptkondensator
6 abgeleitet. Ein Teilstrom der entgasten Flüssigkeit, beispielsweise 6,5 t/h, gelangt
über die Leitung 16 zum Wärmeaustauscher 3, wird dort indirekt aufgeheizt und in
den Verdampfer 2 übergeführt, in dem ein Druck von beispielsweise 0,4 ata aufrechterhalten
wird. Zur Förderung der Flüssigkeit aus dem Entspanntopf 1 in den Verdampfer 2 kann
z. B. der Niveauunterschied der Spiegelhöhen dieser Gefäße dienen. Durch die Leitung
17 wird ein mehrfacher Kreislauf der Lösung zwischen Verdampfer 2 und
Wärmeaustauscher
3 ermöglicht. Die Aufheizung der Lösung im Wärmeaustauscher3 erfolgt durch eine
Teilmenge verdichteter Brüden des Verdampfers 2 und des zur Brüdenverdichtung benötigten
Treibdampfes c, dessen Kondensat zum Kondensatsammelbehälter 8 hin abläuft, der
mit einem Kühlwasserablauf e versehen ist.
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Da die in den Wärmeaustauscher 3 und in den Verdampfer 2 eintretende
Lösung vorher im Entspanngefäß 1 auf etwa 0,12 ata entspannt und somit entgast wird,
wird jegliche Schaumbildung im Verdampfer 2 und Wärmeaustauscher 3, die unter einem
höheren Druck von etwa 0,4 ata arbeiten, wirksam verhindert. Deshalb sind die aus
dem Verdampfer 2 abgesaugten Brüden frei von mitgerissenen Schaumblasen und ebenfalls
frei von den vorher entfernten Gasen, so daß die Brüden nach ihrer Verdichtung im
Strahler 10 sich im Wärmeaustauscher 3 auf dessen Heizflächen nicht mehr absetzen
und zur Krustenbildung oder Korrosion führen können.
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Der größte Teil der Brüden des Verdampfers 2, etwa 1,1 tih, dient
als Heizmedium für den Wärmeaustauscher 5. Das dort anfallende Beheizungskondensat
wird ebenfalls zum Kondensatsammelbehälter 8 abgelassen. Der Wärmeaustauscher 5
kann aus gleichen Gründen wie der Wärmeaustauscher 2 heizseitig nicht mehr verkrusten
oder korrodieren. Der Ablauf der Flüssigkeit aus dem Verdampfer 2, etwa 5,2 ph.
mit etwa 750 C entsprechend dem im Verdampfer 2 eingestellten Druck von etwa 0,4
ata gelangt zum Lösungssammelgefäß 7.
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Aus dem Entspanntopf 1 fließt der größte Teil der einzudampfenden
Flüssigkeit, beispielsweise 18,5 t/h, durch natürliches Druckgefälle über die Leitung
18 in den Verdampfer 4, in dem ein Druck von beispielsweise etwa 0,06 ata aufrechterhalten
wird. Die Flüssigkeit kann über die Leitung 19 zwischen dem Verdampfer 4 und dem
Wärmeaustauscher 5 umlaufen. Die im Verdampfer 4 eingedampfte Flüssigkeit läuft
über ein eingebautes Standrohr mit einer Temperatur von etwa 409 C, entsprechend
dem im Verdampfer 4 eingestellten Druck von etwa 0,06 ata, zum Lösungssammelbehälter
7. Da im Verdampfer 2 etwa 1,3 t/h und im Verdampfer 4 etwa 1,2 t/h Brüden abgeschieden
werden, mischt sich die aus dem Lösungssammelbehälter 7 in den Prozeß zurückzuführende
eingedampfte Lösungsmenge b von 22,5 till auf die geforderte Rücklauftemperatur
von 500 C.
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Die Brüden des Verdampfers 4 werden zum Hauptkondensator 6 hin abgesaugt,
ebenso wie die unkondensierbaren Bestandteile derBeheizungsbrüden der Wärmeaustauscher
3 und 5. Da beispielsweise Kühlwasser d von 200 C zur Verfügung steht, kann im Kondensator
6 eine Ablauftemperatur von etwa 360 C aufrechterhalten werden, wobei die in den
Kondensator eingeleiteten Brüden niedergeschlagen werden.
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Mittels einer normalen Dampfstrahl-Vakuumpumpe wird im Hauptkondensator
6 das entsprechende Betriebsvakuum aufrechterhalten, wobei die unkondensierbaren
Gase aus dem Kondensator 6 über den Dampfstrahler 11 zum Kondensator 9 geleitet,
der Treibdampf ct im Kondensator 9 niedergeschlagen wird und nur die unkondensierbaren
Gasanteile zusammen mit dem Treibdampf c2 der letzten Stufe der Vakuumpumpe durch
den Schalter 12 ins Freie f abgeblasen werden. Dem Kondensator 9 wird ebenfalls
Kühlwasser dl zugeführt.
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Als weiteres Beispiel sei die ähnlich verlaufende Eindampfung einer
Titansalzlösung in der dargestellten Anlage beschrieben.
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50 t/h einer derartigen Lösung mit einer Eintrittstemperatur von
500 C werden gleichfalls von oben in den Entspanntopf 1 geführt, in dem ein Druck
von etwa 0,08 ata aufrechterhalten wird. Nach Freisetzung der Gase wird ein Teilstrom
der Flüssigkeit in einer Menge von beispielsweise 13 t/h über die Leitung 16 dem
Wärmeaustauscher 3 zugeführt, in dem eine indirekte Aufheizung der Flüssigkeit erfolgt.
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Die Flüssigkeit gelangt anschließend in den Verdampfer 2, in dem ein
Druck von etwa 0,25 ata eingestellt wird. Ebenso wie in dem vorher beschriebenen
Ausführungsbeispiel kann zur Förderung der Flüssigkeit aus dem Entspanntopf 1 in
den Verdampfer 2 der Niveauunterschied der Flüssigkeitsspiegel ausgenutzt werden.
Die Leitung 17 dient gleichfalls zur Erzeugung eines mehrfachen Kreislaufes der
Lösung zwischen Verdampfer 2 und Wärmeaustauscher 3, während zur Aufheizung der
Lösung im Wärmeaustauscher 3 ein Teil der verdichteten Brüden des Verdampfers 2
verwendet werden kann.
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Infolge der im Entspanntopf 1 erfolgten Entspannung der Lösung auf
0,08 ata tritt ebenso wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel eine Schaumbildung
im Verdampfer 2 und Wärmeaustauscher nicht ein, was gleichfalls zur Folge hat, daß
die aus dem Verdampfer 2 abgesaugten Brüden frei von mitgerissenen Schaumblasen
und Gasen sind. Dies hat wiederum gleichfalls zur Folge, daß sich die Brüden nach
ihrer Verdichtung im Strahler 10 nicht mehr auf den Heizflächen des Wärmeaustauschers
3 absetzen und somit eine Krustenbildung oder Korrosion hervorrufen.
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Der größere Teil der Brüden des Verdampfers 2, etwa 2,2 tell, wird
zur Beheizung des Wärmeaustauschers 5 herangezogen, der im übrigen in derselben
Weise, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, unter Erzielung der dort erwähnten
Vorteile betrieben wird. Der Ablauf der Flüssigkeit aus dem Verdampfer 2, etwa 10,4
t/h mit etwa 750 C entsprechend dem im Verdampfer 2 eingehaltenen Druck von etwa
0,25 ata, gelangt wiederum zum Lösungssammelgefäß 7.
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Aus dem Entspanntopf 1 fließt der größte Teil der einzudampfenden
Flüssigkeit in einer Menge von beispielsweise 37 tell durch das natürliche Druckgefälle
über die Leitung 18 wiederum in den Verdampfer 4, in dem ein Druck von etwa 0,04
ata eingestellt wird. Über die Leitung 19 kann man gleichfalls einen Flüssigkeitsumlauf
zwischen dem Verdampfer 4 und dem Wärmeaustauscher 5 vor sich gehen lassen. Die
im Verdampfer 4 eingedampfte Flüssigkeit läuft über das eingebaute Standrohr mit
einer Temperatur von etwa 400 C entsprechend dem im Verdampfer 4 aufrechterhaltenen
Druck von etwa 0,04 ata zum Lösungssammelbehälter 7. Im Hinblick auf die abgeschiedenen
Brädenmengen, die im Verdampfer 2 etwa 2,6 t/h und im Verdampfer 4 etwa 2,4 t/h
betragen, mischt sich die aus dem Lösungssammelbehälter 7 in den Prozeß zurückgehende
eingedampfte Flüssigkeitsmenge b von rund 45 t/h auf die erwünschte Rücklauftemperatur
von 500 C.
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Die Brüden des Verdampfers 4 werden wiederum zum Hauptkondensator
6 hin abgesaugt, was in gleicher Weise für die unkondensierbaren Bestandteile der
Beheizungsbrüden der Wärmeaustauscher 3 und 5
gilt. In der Annahme,
daß Kühlwasser d von 200 C zur Verfügung steht, kann im Kondensator 6 eine Ablauftemperatur
von etwa 280 C aufrechterhalten werden, wobei eine Niederschlagung der in den Kondensator
eingeführten Brüden stattfindet.
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Im übrigen sind die Arbeitsweise und der Betrieb des Hauptkondensators
6 sowie des Kondensators 9 dieselben, wie im Beispiel 1 beschrieben.