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Verfahren und Vorrichtung zur Eindampfung von Leichtsiedendes, vorzugsweise
Alkohol, enthaltenden Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Eindampfung von Leichtsiedendes, vorzugsweise Alkohol, enthaltenden
Flüssigkeiten in mehreren Eindampfstufen.
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Durch die österreichische Patentschrift 127 766 ist bereits ein Verfahren
dieser Art bekanntgeworden, das zur Gewinnung der flüchtigen Bestandteile aus Lösungen
dient, die eingedampft werden sollen, und bei dem die einzudampfende Lösung vor
Eintritt in die erste Verdampferstufe in eine Destillierkolonne geleitet wird. In
dieser strömen ihr die aus der ersten Verdampferstufe kommenden alkoholhaltigen
Dämpfe (Brüden) entgegen, wobei sie auf dem Weg durch die Destillierkolonne die
leicht flüchtigen Stoffe, z. B. Alkohol, aus der Lösung aufnehmen. Der auf diese
Weise mit leicht flüchtigen Stoffen angereicherte Brüden wird dann nach Verlassen
der Kolonne in den Heizkörper der zweiten Verdampferstufe eingeführt und dort kondensiert.
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Die Erfindung bezweckt bei einem solchen Verfahren eine Verbesserung
der Wirkung der zweiten Verdampferstufe, in deren Heizkörper die das Leichtsiedende
enthaltenden Dämpfe unter Wärmeabgabe an den nachgeschalteten Verdampfungskörper
kondensiert werden.
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Demgemäß bestehen die wesentlichen Merkmale des Verfahrens nach der
Erfindung darin, daß die Kondensation des aus der Destillierkolonne kommenden Gemisches
von Wasserdampf und Alkoholdampf in der zweiten Verdampferstufe in wenigstens zwei
hintereinandergeschalteten Teilstufen bei annähernd gleichem Druck durchgeführt
wird, wobei die Brüden im Gegenstrom zur einzudampfenden Flüssigkeit geführt werden.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist zweckmäßig
wenigstens zwei heizdampfseitig hintereinandergeschaltete Heizräume und zwei Flüssigkeitsräume
in derartiger Anordnung auf, daß die aus der ersten Verdampferstufe kommende Lösung
die Flüssigkeitsabteilungen der zweiten Verdampferstufe im Gegenstrom zum Heizdampf
durchfließt. Beispielsweise können dabei die hintereinandergeschalteten Heizräume
durch voneinander getrennte Heizkörper gebildet werden. Die Heizräume können ferner
in einem gemeinsamen Heizkörper untergebracht sein, der durch zwei nahe beieinanderliegende
Scheidewände unterteilt ist, von denen die eine mit dem unteren und die andere mit
dem oberen Rohrboden einen Durchlaßspalt bildet.
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Nachstehend ist die Erfindung in Verbindung mit zwei Beispielen für
die Aufarbeitung von Athylalkohol enthaltenden Maischen der Spiritusfabrikation,
und zwar einmal aus Melasse und das andere Mal aus der Ablauge der Sulfitzellstoff-Fabrikation
näher beschrieben: Als weiteres Beispiel sei die Eindampfung der entheften, Alkohol
enthaltenden Abwürze der Backhefeerzeugung, etwa zwecks Beseitigung von Abwasserschwierigkeiten,
erwähnt. Die Erfindung ist aber auch auf jede andere, Leichtsiedendes enthaltende
Lösung, die aus irgendeinem Grunde eingedampft werden soll, anwendbar.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der Vorrichtung nach
der Erfindung beispielsweise dargestellt. Es zeigt F i g. 1 das Schema einer dreistufigen
Eindampfanlage, bei welcher die Verdampferstufe, in der die Erfindung zur Anwendung
kommt, mit II bezeichnet ist, F i g. 2 die Verdampferstufe II in schematischer Darstellung,
F i g. 3 die Veränderung der Temperatur des das Leichtsiedende enthaltenden Dampfes
unter dem Einfluß der Anreicherung an Leichtsiedendem durch Teilkondensation entlang
einer ideal wirkend gedachten Kondensationsfläche, F i g. 4 eine abgeänderte Ausführungsform
der Verdampferstufe II, F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie A-A der F i g. 4 und
F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie B-B der F i g. 4.
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Nach F i g. 1 wird die einzudampfende, alkoholhaltige Flüssigkeit
vor Eintritt in die mit I bezeichnete
erste Verdampferstufe in
eine Destillierkolonne D eingeleitet, in welcher der Flüssigkeit die in der ersten
Verdampferstufe I entwickelten Brüden entgegenströmen. Die hierdurch mit Leichtsiedendem
angereicherten Brüden gelangen nach Verlassen der Destillierkolonne D über
die Leitung d in die mit 1I bezeichnete ,Verdampferstufe, der die einzudampfende
Lösung über das Rohr l aus der Verdampferstufe I zugeführt wird. Der Verdampferstufe
II kann eine weitere Verdampferstufe 111 nachgeschaltet sein. Für die Kondensation
des aus der Destillierkolonne D kommenden Gemisches aus Wasserdampf und Alkoholdampf
sind in der Verdampferstufe II zwei heizdampfseitig hintereinandergeschaltete Heizräume
g2 und g1 angeordnet, denen jeweils ein Flüssigkeitsraum f2 und f1 zugeordnet sind.
Die einzudampfende Lösung tritt über das Rohr l in den Flüssigkeitsraum g1' des
Heizkörpers g1 ein und läuft über dessen Siederohre, die Abteilung f l und das Rohr
k1 um. Darauf gelangt sie durch das Rohr m nach dem Flüssigkeitsraum g2' des Heizraumes
g., und läuft über dessen Siederohre, die Abteilung f2 und das Rohr k. um. Die eingedampfte
Lösung gelangt über das Rohr n nach außen bzw. entsprechend F i g. 1. in die dritte
Verdampferstufe III.
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Der aus der Destillierkolonne D kommende alkoholhaltige Wasserdampf
(Brüden) tritt durch die Leitung d in den Heizkörper g2 ein und wird in diesem unter
Wärmeabgabe an die umlaufende Lösung zu einem entsprechenden Teil niedergeschlagen.
Der restliche Dampf strömt über die Leitung d2 und den Eintrittsstutzen dl dem Heizraum
g1 zu, in welchem er kondensiert wird.
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Obgleich die Erfindung in erster Linie in Verbindung mit einem flüssigkeits-
und heizdampfseitig zweiteilig ausgebildeten Heizkörper anwendbar ist, sind der
F i g. 2 der leichteren Darstellungsmöglichkeit wegen zwei getrennte Heizkörper
zugrunde gelegt. In jedem Falle durchströmt der Heizdampf, wie in bezug auf F i
g. 2 beschrieben, die Verdampferstufe II mit den Heizräumen g1 und g2 im Gegenstrom
zur einzudampfenden Lösung. Hierin liegt im wesentlichen das Neue der Erfindung.
Im Bereich des Heizraumes g1 steht die noch dünne Lösung von geringer Siedepunktserhöhung
unter der Einwirkung des über den Stutzen dl nach F i g. 2 einströmenden Heizdampfes
von geringerer Temperatur, da sich diese durch Teilniederschlag in dem Heizkörper
g_ gesenkt hatte. Im Bereich des Heizraumes g2 gelangt die voreingedampfte und daher
einen höheren Siedepunkt aufweisende Lösung unter die Einwirkung des über die Leitung
d einströmenden Alkohol-Wasser-Dampfgemisches. Beide Heizräume g1 und g., arbeiten
daher unter für die Wärmeübertragung günstigsten Bedingungen.
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Die Heizräume g1 und g2 können statt in zwei getrennten Heizkörpern
(etwa gemäß der österreichischen Patentschrift 176 831) auch in einem gemeinsamen
Heizkörper angeordnet sein, der gemäß F i g. 4 bis 6 heizdampfseitig durch Führungswände
o, p und flüssigkeitsseitig durch die Scheidewand e längsgeteilt ist. Die Führungswand
o ist dabei am oberen Rohrboden des gemeinsamen Heizkörpers befestigt und bildet
mit dem unteren Rohrboden einen Durchlaßspalt, während die Führungswand p am unteren
Rohrboden befestigt ist und mit dem oberen Rohrboden einen Durchlaßspalt bildet.
Im übrigen sind die der F i g. 2 entsprechenden Teile der Verdampferstufe II nach
F i g. 4 bis 6 mit denselben Bezugszeichen wie in F i g. 2 bezeichnet. Der aus dem
Raum g.2 des Heizkörpers nach dem Heizraum g1 überströmende Restdampf hat dabei
eine geringere Temperatur als der in den Raum 92 einströmende Dampf. Er steht aber
im Wärmeaustausch mit der über das Rohr I eintretenden dünnen und daher niedriger
siedenden Flüssigkeit.
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F i g. 3 zeigt den Verlauf der Heizdampftemperatur bei der Kondensation
von Alkohol-Wasser-Dampf im Heizkörper der Verdampferstufe Il. Der Alkoholgehalt
des jeweils ver'oleibenden Dampfrestes hat sich infolge von Verstärkung durch Teilniederschlag
an Alkohol angereichert, dementsprechend ist seine Temperatur in den Heizräumen
g2, g1 von t" auf t, gesunken. Um das Eindampfgut ununterbrochen aus der Verdampferstufe
1I entnehmen zu können, muß in derselben auf der Endkonzentration gehalten werden.
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Führt man in einer heizdampf- und flüssigkeitsseitig zweiteiligen
Verdampferstufe II die einzudampfende Lösung und den alkoholhaltigen Brüden gemäß
der Erfindung im Gegenstrom zueinander durch den Verdampfer, so tritt die dünne
- und daher nur geringe Siedepunktserhöhung aufweisende noch leicht flüssige - Lösung
mit Brüdendampf von relativ niedriger Temperatur, die schwerer siedende dicke Lösung
dagegen mit Brüdendampf von höherer Temperatur in Wärmeaustausch. Beide Verdampferabteilungen
arbeiten daher unter optimalen Verhältnissen bezüglich Wärmedurchgang (kcal/m2 -
h ° C) und wirksamer Temperaturdifferenz.
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Verwendet man eine Verdampferstufe 11 mit zweiteiligem Flüssigkeitsraum
im Brüden- und Heizkörper in der üblichen Parallelschaltung für Heizdampf und Lösung,
etwa nach der österreichischen Patentschrift 176 831, so werden die Verhältnisse
günstiger, da der k-Wert in der ersten Flüssigkeitsabteilung der Verdampferstufe
höher als in der Lösung von Enddichte enthaltenden zweiten Flüssigkeitsabteilung
ist. Die Heizfläche wird daher kleiner als bei einem Verdampfer mit einteiligem
Flüssigkeitsraum.
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Günstigste Verhältnisse für eine spezifisch hohe Heizflächenleistung
werden jedoch erst erzielt, wenn der zweiteilige Flüssigkeits- und Heizdampfweg
innerhalb der den Alkohol-Wasser-Dampf kondensierenden Verdampferstufe11 gemäß der
Erfindung im Gegenstrom zueinander verlaufen (vgl. F i g. 2).
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Für die Eindampfung von Melassemaische mit 10 Volumprozent Alkohol
und 9 % Trockengehalt auf etwa 60% Trockensubstanz der resultierenden Schlempe erl-ibt
sich etwa:
| wenn der Flüssigkeitsraum einteilig, zweiteilig, |
| zweiteilig, |
| und der Heizdampfraum . . einteilig, zweiteilig, |
| zweiteilig, |
| angeordnet sind und die |
| Bewegung von Flüssigkeit |
| und Heizdampf . . . . . . . . . normal, normal, |
| erfindungsgemäß, |
| d. h. im . . . . . . . . . . . . . . . . . Gleichstrom, Gleich- |
| strom, Gegenstrom |
| erfolgt, ein Verhältnis der |
| erforderlichen Heizfläche |
| für die Verdampferstufe 11 |
| von etwa .... . . . . . . . . . . 1,00 zu 0,80 zu 0,60. |
Bei der Eindarnpfung von vergorener Sulfitablauge aus der Zellstoffabrikation,
welche bei einem Alkoholgehalt von 1 Volumprozent etwa 9 % Trockensubstanz enthält
und auf 6011/o der Trockensubstanz eingedampft werden möge, würde das Verhältnis
der Heizfläche gemäß vorstehendem Beispiel etwa betragen: 1,00 zu 0,85 zu 0,70.
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Die zum Niederschlagen des Alkohol-Wasser-Dampfes dienende Verdampferstufe
II gemäß der Erfindung kann statt mit zwei auch mit drei Abteilungen ausgerüstet
werden, ohne daß hierdurch das Wesen der Erfindung geändert wird.